Разработка метода молекулярной динамики с волновыми пакетами с применением теории функционала плотности для исследования термодинамических свойств и скоростей релаксационных процессов в неидеальной водородной плазме

Предлагается новый метод компьютерного моделирования, основанный на комбинации молекулярной динамики с волновыми пакетами и теории функционала плотности (МДВП-ФП). Этот метод позволит рассматривать совместную динамику электронов и ионов, определять термодинамические свойства неидеальной плазмы, скорость электрон-ионной релаксации, проводимость, характер взаимодействия плазмы с излучением.За основу предлагаемого метода взят метод молекулярной динамики с волновыми пакетами (МДВП) в приближении Хартри, в котором электроны представлены в виде гауссовских волновых пакетов, что позволяет более точно учитывать квантово-механические эффекты межчастичного взаимодействия по сравнению с классической молекулярной динамикой. В дополнение к этому в новом методе предлагается учесть обменно-корреляционные эффекты на основе теории функционала плотности путем интегрирования обменно-корреляционных функционалов на пространственной сетке. Предполагается, что метод МДВП-ФП станет заменой существующему методу молекулярной динамики антисимметризованных волновых пакетов (МДВП в приближении Хартри-Фока). Он обеспечит большую производительность и, как следствие, точность расчетов из-за меньшей асимптотической сложности.В рамках проекта метод МДВП-ФП будет применен для расчета уравнения состояния неидеальной водородной плазмы при температурах от 5000 К до 100000 К и плотностях 10^20 – 10^25 см^-3, а также для определения оптической отражательной способности плазмы, ее проводимости и динамического структурного фактора. Выбранный диапазон плотностей и температур соответствует состоянию вещества в экспериментах по лазерному и ударному сжатию, где водород находится при мегабарных давления. Уравнение состояния плотного водорода также представляет интерес, в особенности в области потенциального плазменного фазового перехода.Скорости релаксационных процессов, полученные методом МДВП-ФП, могут использоваться в качестве входных параметров в численных методах на больших пространственных и временных масштабах (гидродинамические модели, Particle-In-Cell). В дальнейшем планируется также использовать метод МДВП-ФП для моделирования плазмы, образованной другими веществами, в том числе, кластерной наноплазмы, генерируемой при воздействии фемтосекундных лазерных импульсов на наноразмерные металлические кластеры.