Asymmetric Complex Plasma Pressure and Isothermal Compressibility with Regard to Nonlinear Screening in the Average Wigner–Seitz Cell Model

I. A. Martynova; Мартынова И. А.; I. L. Iosilevskiy; Иосилевский И. Л.

doi:10.31857/S0040364423060091

Давление и изотермическая сжимаемость асимметричной комплексной плазмы с учетом нелинейного экранирования в модели средней ячейки Вигнера–Зейтца

Авторы: Мартынова И.А.¹^,2, Иосилевский И.Л.¹^,2
Учреждения:
1. Объединенный институт высоких температур РАН
2. Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Выпуск: Том 61, № 6 (2023)
Страницы: 836-841
Раздел: Исследование плазмы
URL: https://permmedjournal.ru/0040-3644/article/view/653047
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423060091
ID: 653047

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В данной работе рассмотрена двухкомпонентная электронейтральная равновесная комплексная плазма макроионов конечных размеров с зарядом Z (Z \( \gg \) 1) и точечных противоположно заряженных микроионов c единичным зарядом. С учетом эффекта нелинейного экранирования макроионов микроионами в рамках приближения Пуассона–Больцмана рассчитано давление в модели средней ячейки Вигнера–Зейтца. Один из способов расчета основан на вычислении поправки на неидеальность для свободной энергии Гельмгольца, второй является специфическим для модели средней ячейки Вигнера–Зейтца. Показано, что давление и изотермическая сжимаемость плазмы являются положительными во всем диапазоне концентраций макроионов.

Об авторах

И. А. Мартынова

Объединенный институт высоких температур РАН; Московский физико-технический институт (национальный
исследовательский университет)

Email: martina1204@yandex.ru
Россия, Москва; Россия, Долгопрудный

И. Л. Иосилевский

Автор, ответственный за переписку.
Email: martina1204@yandex.ru
Россия, Москва; Россия, Долгопрудный

Список литературы

Dijkstra M., van Roij R. Vapour–Liquid Coexistence for Purely Repulsive Point-Yukawa Fluids // J. Phys. Condens. Matter. 1998. V. 10. № 6. P. 1219.
Diehl A., Barbosa M., Levin Y. Charge Renormalization and Phase Separation in Colloidal Suspensions // EPL. 2001. V. 53. № 1. P. 86.
Aleksander S., Chaikin P.M., Grant P., Morales G.J., Pincus P., Hone D. Charge Renormalization, Osmotic Pressure, and Bulk Modulus of Colloidal Crystals: Theory // J. Chem. Phys. 1984. V. 80. P. 5776.
Bystrenko O., Zagorodny A. Critical Effects in Screening of High-Z Impurities in Plasmas // Phys. Lett. A. 1999. V. 255. № 4–6. P. 325.
Martynova I.A., Iosilevskiy I.L., Shagayda A.A. Non-linear screening and phase states of a complex plasma // Contrib. Plasma Phys. 2017. V. 58. № 2–3. P. 203.
Martynova I., Iosilevskiy I., Shagayda A. Macroions Nonlinear Screening in Complex Plasma // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 946. P. 012147.
D’yachkov L.G. Screening of Macroions in Colloidal Plasmas: Accurate Analytical Solution of the Poisson–Boltzmann Equation // Phys. Lett. A. 2005. V. 340. P. 440.
Жуховицкий Д.И., Храпак А.Г., Якубов И.Т. Ионизационное равновесие в сильно неидеальной плазме с конденсированной дисперсной фазой // ТВТ. 1984. Т. 22. № 5. С. 833.
Khrapak S., Khrapak A., Ivlev A., Morfill G. Simple Estimation of Thermodynamic Properties of Yukawa Systems // Phys. Rev. E. 2014. V. 89. № 2. P. 023102.
Farouki R.T., Hamaguchi S. Thermodynamics of Strongly-coupled Yukawa Systems Near the One-component-Plasma Limit. II. Molecular Dynamics Simulations // J. Chem. Phys. 1994. V. 101. № 11. P. 9885.
Hamaguchi S., Farouki R.T., Dubin D. Triple Point of Yukawa Systems // Phys. Rev. E. 1997. V. 56. P. 4671.
Martynova I., Iosilevskiy I. Features of Phase Transitions in Models of Complex Plasma // Contrib. Plasma Phys. 2016. V. 56. № 5. P. 432.
Мартынова И.А., Иосилевский И.Л. О сдвиге границ термодинамической неустойчивости асимметричной комплексной плазмы с учетом эффекта нелинейного экранирования // ТВТ. 2021. Т. 59. № 6. С. 817.
Martynova I., Iosilevskiy I., Shagayda A. Non-linear Charge Screening and Interaction Energy of Macroions in Complex Plasma // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1094. P. 012032.
Martynova I.A., Iosilevskiy I.L. Effect of the Non-linear Screening on a Modification of the Debye–Hückel Plus Hole Approximation in Complex Plasma // Contributions to Plasma Physics. 2019. V. 59. № 4–5. e201800154.
Martynova I.A., Iosilevskiy I.L. Interaction Energy in the Poisson–Boltzmann Plus Hole Approximation in Asymmetric Complex Plasmas // Contrib. Plasma Phys. 2022. V. 62. № 9. e202200110.
Мартынова И.А., Иосилевский И.Л. Энергия взаимодействия в приближении Пуассона–Больцмана в корреляционной полости в асимметричной комплексной плазме // ТВТ. 2023. Т. 61. № 2. С. 163.
Martynova I., Iosilevskiy I. Self-similarity of Nonlinear Screening in Asymmetric Complex Plasmas // Contrib. Plasma Phys. 2021. V. 61. № 10. e202100007.
Martynova I., Iosilevskiy I. The Macroion Effective Charge in Asymmetric Complex Plasmas // Contrib. Plasma Phys. 2022. V. 62. № 3. e 202100151.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Учеб. пособие. В 10 т. Т. V. Статистическая физика. Ч. I. М.: Физматлит, 2002. 616 с.
Иосилевский И.Л. Эффекты неидеальности в низкотемпературной плазме. В кн.: Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Т. приложений III-1 / Под ред. Старостина А.Н., Иосилевского И.Л. М.: Физматлит, 2004. С. 349.
Szichman H., Eliezer S., Salzmann D. Calculation of the Moments of the Charge State Distribution in Hot and Dense Plasmas Using the Thomas–Fermi Models // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1987. V. 38. № 4. P. 281.
Филиппов А.В., Решетняк В.В., Старостин А.Н., Ткаченко И.М., Фортов В.Е. Исследование пылевой плазмы на основе интегрального уравнения Орнштейна–Цернике для многокомпонентной жидкости // Письма в ЖЭТФ. 2020. Т. 110. Вып. 10. С. 658.
Киржниц Д.А., Лозовик Ю.Е., Шпатаковская Г.В. Статистическая модель вещества // УФН. 1975. Т. 117. № 1. С. 3.
Калиткин Н.Н., Кузьмина Л.В., Шпатаковская Г.В. Квазиклассическая модель атома // ТВТ. 1977. Т. 15. № 1. С. 186.
Калиткин Н.Н. Модели вещества в экстремальном состоянии. Cб. Математическое моделирование / Под ред. Самарского А.А., Калиткина Н.Н. М.: Наука, 1989. С. 114.
Копышев В.П. О термодинамике ядер одноатомного вещества. Препринт № 59. М.: ИПМ АН СССР, 1978.
Никифоров А.Ф., Новиков В.Г., Уваров В.Б. Квантово-статистические модели низкотемпературной плазмы. М.: Физматлит, 2000. 400 с.
Никифоров А.Ф., Новиков В.Г., Уваров В.Б. Использование квазиклассического приближения в модифицированной модели Хартри–Фока–Слэттера // ТВТ. 1987. Т. 25. № 1. С. 12.