Исследование свойств вещества
С момента образования Института в нем ведутся исследования по изучению свойств вещества, анализу уравнений состояния, коэффициентов теплопроводности, других физических параметров. Моделирование ядерных взрывов, конструирование "изделий", задачи термоядерного синтеза требуют детальных преставлений о поведении вещества в экстремальных состояниях.
Первоначальная постановка задачи вычисления росселандовых пробегов с учетом поглощения фотонов в спектральных линиях была сформулирована в задании Ю.Н.Бабаева (ВНИИЭФ) и Е.С.Фрадкина (ФИАН) для веществ с большим атомным номером в определенной области температур и плотностей.
Многочисленность эффектов, связанных с учетом дискретно-дискретных переходов электронов при поглощении фотонов в спектральных линиях, делала задачу вычисления росселандовых пробегов крайне сложной как с точки зрения теории, так и в чисто математическом отношении. Поэтому естественно, что в процессе подготовки к проведению расчетов постановка задачи была в значительной степени переработана не только с точки зрения физических приближений, но и cо стороны предлагаемых методов вычисления.
С учетом (красная линия) и без учета тонкой структуры (синяя). Температура Т = 20 эВ
и плотность
.
Исследована относительная роль различных эффектов. Объем вычислений удалось значительно сократить за счет использования специальных функций и квадратурных формул, основанных на применении классических ортогональных полиномов. Были разработаны быстро сходящиеся итерационные методы для вычисления собственных значений энергии и специальные приближения для волновых функций электронов. Выполненное исследование привело к созданию новых физических представлений о механизме лучистой теплопроводности вещества в области высоких температур.
В условиях сокращения ядерных испытаний необходимо качественное обновление банка данных по пробегам фотонов и уравнениям состояния для основных конструкционных материалов, различных марок сталей, грунтов, горных пород. Требуются систематические расчеты для получения более точной и детальной информации, которая могла бы дать более глубокое понимание протекающих в изделиях физических процессов.
Для обеспечения надежности данных о теплофизических свойствах вещества необходимо учитывать большое количество различных физических эффектов. Работа должна проводиться на микроуровне с использованием комплекса современных квантово-статистических моделей все более высокой точности. В основном, это обобщение модели Томаса-Ферми, предложенное Фейнманом и Теллером, модифицированная модель Хартри-Фока-Слэтера, сформулированная в ИПМ, и релятивистские модели. Сравнительные расчеты позволяют выяснить область применимости каждой из моделей и понять, с какой реальной точностью рассчитаны свойства вещества.
Благодаря научному контакту с институтами ВНИИЭФ, ВНИИТФ, ФИАН, ТРИНИТИ, ИАЭ им. Курчатова проводится сравнение расчетов с экспериментом. Кроме того, в связи с появлением большого количества новых экспериментальных данных по спектральным пробегам фотонов для высокотемпературной плазмы, полученных в лабораторных условиях с помощью лазеров, стали возможными проведение сравнительных расчетов и более глубокий анализ точности применяемых теоретических моделей [123].
В 1994 г. в Германии в Институте квантовой оптики Макса Планка в Гаршинге близ Мюнхена состоялось Международное рабочее совещание по вычислению спектральных и средних коэффициентов поглощения света в различных веществах. На совещании происходило обсуждение представленных различными группами данных с демонстрацией и сравнением результатов расчетов росселандовых и планковских пробегов, а также спектральных пробегов. Выяснилось, что разработанный в Институте программный комплекс THERMOS соответствует мировому уровню.