База дАННЫХ “ТЕФИС” для свойств веществ в экстремальных условиях
, , ,
Институт математического моделирования РАН, Москва, Россия,
e-mail: *****@***ru
База данных ТЕФИС начала создаваться в 1960-е годы для проблемы инерционного термоядерного синтеза и других прикладных задач, описываемых уравнениями магнитной гидродинамики в предположении локального термодинамического равновесия. База содержит в себе различные теплофизические свойства веществ в экстремальных состояниях. Она основана на оригинальных квантово-механических моделях вещества, комбинируемых с справочными экспериментальными данными. В настоящее время база содержит следующие разделы.
1. Модель ионизационного равновесия (обобщенную модель Саха), описывающую детальный электронно-ионный состав газовой плазмы в огромном диапазоне температур (1эВ – 20 КэВ) и плотностей (до 0.1 г/см3 при низких температурах и до 1000 г/см3 при высоких температурах). Эта модель учитывает вырождение электронов при высоких плотностях. Поправки на взаимодействие заряженных частиц в ней основаны на оригинальной теории самосогласованного плазменного микрополя. Эта теория микрополя построена из первых принципов, и хорошо подтверждена экспериментальными данными по заселенности возбужденных уровней, определенной на основе светимости спектральных линий.
По детальному составу плазмы рассчитываются термодинамические функции: давление, энергия, энтропия. Результаты расчетов показывают, что эти термодинамические функции слабо отличаются от термодинамических функций идеальной плазмы (хотя детальный состав может отличаться от идеальной плазмы довольно сильно).
2. По детальному составу плазмы находятся коэффициенты электронного переноса (проводимость и теплопроводность). Расчет производится в рамках уравнения Больцмана на основе оригинальной полуквантовой модели рассеяния заряженных частиц; это обеспечивает хорошую физическую точность модели. Использование 23-моментного приближения при этом гарантирует высокую математическую точность расчета. Эта модель подтверждена сравнениями с экспериментами вплоть до предельно достигнутого параметра неидеальной плазмы Г=6, где отказывают все другие известные модели.
3. Сверхвысокие плотности (более 30 г/см3) описываются моделью Томаса-Ферми с квантовыми и обменными поправками, применимость которой в данной области также надежно подтверждена. Для описания менее плотного слабо нагретого конденсированного вещества используется интерполяция между данной моделью и экспериментальными данными по ударными сжатиям (которых много в диапазоне P<10Мбар). Таким способом были построены ударные адиабаты около 100 веществ в диапазоне 0<P<500Гбар. При этом для нескольких эталонных веществ (Al, Fe, Cu) была получена рекордная точность 0.2% по ударно-волновым скоростям.
Результаты в базе ТЕФИС выдаются в виде подробных таблиц зависимости всех перечисленных величин от температуры и плотности вещества. Для промежуточных значений аргументов рекомендуется пользоваться линейной интерполяцией в логарифмических переменных. Шаги исходной таблицы нетрудно выбрать настолько малыми, чтобы это обеспечивало точность 0.1-1.0%. Сами исходные модели настолько эффективны, а алгоритмы расчета настолько экономичны, что расчеты таблиц такой густоты легко выполняются на персональном компьютере.
