Московский физико-технический институт
(государственный университет) (МФТИ)

Россия, 141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9
Кафедра физической механики
Иосилевский Игорь Львович, к.ф.-м.н.
Тел:  (095) 408-7494 
Факс: (095) 408-6347 
E-mail: ilios@orc.ru

(При участии А.Н. Старостина и В.К. Рериха (ТРИНИТИ) В.К. Грязнова (ИПХФ РАН) С.В. Аюкова и В.А. Батурина (ГАИШ РАН) Е.С. Якуба (ОМГУ) а также А.Ю. Чигвинцева, А.В. Украинца и Е.А. Ромадиновой (МФТИ).)

Построена корректная асимптотическая теория термодинамики многокомпонентной слабонеидеальной, частично вырожденной водород-гелиевой плазмы применительно к условиям характерным для плазмы Солнца и других звезд [1,2]. Теория опирается на корректную форму выражения для сходящейся статистической суммы атома [3], поправляющую известное выражение Планка – Ларкина. Для условий, характерных для плазмы центральной части Солнца построенная теория включает учет вклада релятивистских эффектов для электронов. Разработан эффективный численный алгоритм и термодинамический код «SAHA-S» [4] для расчета состава и термодинамических функций плазмы водорода с гелием с добавками тяжелых элементов в диапазоне параметров и химических составов, соответствующих реальной плазме Солнца. На основе модели «SAHA-S» построена полная модель Солнца, описывающая эволюцию распределения состава и термодинамических параметров Солнца («траекторию») в зависимости от радиуса [5]. Вычислены профили адиабатической сжимаемости и других параметров Солнца и проведено их сравнение с результатами теоретической инверсии экспериментальных данных гелио-сейсмологии в пределах конвективной зоны Солнца. Проведено сравнение с предсказаниями других теоретических моделей (OPAL, MHD и др.) используемых при построениях модели Солнца. (ИПХФ РАН, ГАИШ РАН, МФТИ, ТРИНИТИ)

Построена теоретическая модель плотной неидеальной плазмы водорода и дейтерия в мегабарном диапазоне давлений. Модель опирается на обобщенный вариант квази-химического представления в сочетании с модифицированным псевдопотенциальным описанием вклада кулоновской неидеальности. Проведены термодинамические расчеты параметров ударных адиабат (Гюгонио) для плотной плазмы, реализуемой в экспериментах с интенсивным ударно-волновым сжатием дейтерия в исходном сжатом газовом и конденсированном состояниях. Получено хорошее одновременное согласие результатов теории с результатами двух независимых серий динамических экспериментов, проведенных в РФЯЦ ВНИИЭФ /Саров/: - (А) последних измерений давления и температуры плотной плазмы дейтерия, реализованной в интенсивном ударно-волновом сжатии предварительно сжатого дейтерия в плотно-газовом состоянии (М.Мочалов, М.Жерноклетов и др.) [6], и (Б) предыдущей серии экспериментов со сжатием дейтерия в конденсированном исходном состоянии (Р.Трунин и др.) [7]. Существенно, что согласие теории и эксперимента [6] достигается одновременно как в термическом, так и в калорическом уравнении состояния. (РФЯЦ ВНИИЭФ /Саров/, ИПХФ РАН /Черноголовка/, МФТИ)

Дальнейшее развитие получило теоретическое исследование особенностей неконгруэнтного фазового равновесия в плазме, составленной из нескольких химических элементов. В приложении к проблеме ядерной безопасности построено самосогласованное термодинамическое описание неконгруэнтного плавления и испарения в высокотемпературной ионно-молекулярной системе уран-кислород [8][9]. Концепция неконгруэнтного фазового равновесия распространена на другие реализации фазового равновесия в плазме, составленной из нескольких химических элементов [10]. Проведены оценки степени неконгруэнтности гипотетического "плазменного фазового перехода", предсказываемого недрах планет-гигантов, желтых карликов и других астрофизических объектов. (МФТИ) [11]

На примере металлического урана проведен анализ корректности существующих теоретических оценок параметров критической точки и возможных аномалий околокритического участка и высокотемпературной части фазовой диаграммы. Выявлен класс аномальных металлов, (вольфрам, кобальт и др.), характеризующихся подобно урану крайней степенью противоречия в результатах корреляционных оценок параметров критической точки. Предложена схема эксперимента с использованием высокоэнергетического пучка тяжелых ионов, способного разрешить проблему высокотемпературных аномалий в исследуемом классе металлов [12-14]. 

Проведено исследование электрофизических свойств межфазных границ для фазовых переходов в кулоновских системах. Проанализированы низко- и высокотемпературные пределы поведения потенциала фазовой границы, а также специфика поведения этого потенциала в окрестности критической точки [13,15].

Характерные особенности фазовых переходов в кулоновских системах исследованы на примере семейства безассоциативных моделей плазмы, в которых в системе кулоновских частиц искусственно подавлено или отсутствует по определению образование связанных ассоциаций. В однокомпонентной модели плазмы на однородно-сжимаемом компенсирующем фоне выявлена возможность реализации аномальных форм относительно расположения и взаимоперехода границ плавления, испарения и сублимации, сопровождающаяся необычной структурой фазовой диаграммы. На основе анализа свойств метастабильного плавления в таких моделях изучены возможные сценарии распада или завершения кривой метастабильного плавления в области экстремально низких (отрицательных) давлений и температур как в реальном веществе, так и в широком классе модельных систем [16,17]. 

Список публикаций

1. С.В. Аюков, В.А. Батурин, В.К. Грязнов, И.Л. Иосилевский, А.Н. Старостин, В.Е. Фортов, Письма в ЖЭТФ 80 (3) 163, 2004. 

2. Gryaznov V., Ayukov S., Baturin V., Iosilevskiy I., Starostin A., Fortov V., Equation of state and thermodynamic functions of Solar plasma with SAHA-S model, // in “Equation-of-State and Phase Transition Issues in Models of Ordinary Astrophysical Matter”, AIP Publishing, NY.: 2004 (in press)

3. Starostin A.N., Roerich V.C., More R.M. Contrib. Plasma Phys. 43, N 5-6 369-372 (2003)

4. В.К. Грязнов, С.В. Аюков, В.А. Батурин, И.Л. Иосилевский, А.Н. Старостин, В.Е. Фортов, в сб. «Физика Экстремальных Состояний Вещества-2004», Ред. В.Е. Фортов (ИХПФ, Черноголовка, Москва, 2004) с.124.

5. Ayukov S., Baturin V., Gryaznov V., Iosilevskiy I., Starostin A. Solar models using SAHA-S equation of state, in “Equation-of-State and Phase Transition Issues in Models of Ordinary Astrophysical Matter”, AIP Publishing, NY.: 2004 (in press)

6. C.К. Гришечкин, С.К. Груздев, В.К. Грязнов, М.В. Жерноклетов, Р.И. Илькаев, И.Л. Иосилевский, Г.Н. Кашинцева, С.И. Киршанов, С.Ф. Маначкин, В.Б. Минцев, А.Л .Михайлов, А.Б. Межевов, М.А .Мочалов, В.Е. Фортов, В.В. Хрусталев, А.Н. Шуйкин, А.А. Юхимчук, Письма в ЖЭТФ, 80 (6) 452, 2004.

7. Борисков Г.В., Илькаев Р.И., Трунин Р.Ф. и др., ДАН CCCP 392 (6) 755 (2003)

8. Ronchi C., Iosilevskiy I., Yakub E., “Equation of State of Uranium Dioxide”, SPRINGER, 2004, 366 pp

9. Yakub E., Ronchi C., Iosilevskiy I.L. - Equation of State for Non-Stoichiometric Uranium Dioxode Solid, Journal of Nucler Materials (submitted)

10. Iosilevskiy I., Gryaznov V., Yakub E. et al. Contrib. Plasma Phys. 43, N 5-6, 316 (2003)

11. Iosilevskiy I., Ukrainets A., Gryaznov V., Unexpected features of phase transitions in astrophysical objects, International Workshop “Equation-of-State and Phase Transition Issues in Models of Ordinary Astrophysical Matter”, Lorentz Center, Leiden, June 2004 (to be published).

12. Iosilevskiy I., Gryaznov V., Chigvintsev A., Ukrainets A., - Problem of critical data for Uranium, Journal of Nucler Materials  (submitted)

13. Иосилевский И.Л., Красников Ю.Г., Сон Э.Е., Фортов В.Е. Термодинамика и транспорт в неидеальной плазме (принято в печать) М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.

14. Ромадинова Е.А., Иосилевский И.Л. в сб. «Физика Экстремальных Состояний Вещества-2004», Ред. В.Е.Фортов (ИХПФ, Черноголовка, Москва, 2004) с.128.

15. Иосилевский И.Л. в сб. «Физика Экстремальных Состояний Вещества-2004», Ред. В.Е.Фортов (ИХПФ, Черноголовка, Москва, 2004) с.126.

16. Iosilevskiy I., Chigvintsev A., Spinodal decomposition of metastable melting in the zero-temperature limit, // in “Equation-of-State and Phase Transition Issues in Models of Ordinary Astrophysical Matter”, AIP Publishing, NY.: 2004 (in press).

17. Iosilevskiy I., Chigvintsev A., Anomalous phase diagrams in the simplest plasma models, // in “Equation-of-State and Phase Transition Issues in Models of Ordinary Astrophysical Matter”, AIP Publishing, NY.: 2004 (in press)

Монографии, обзоры

1. Грязнов В.К, Иосилевский И.Л., Фортов В.Е., Термодинамика ударно-сжатой плазмы в квази-химическом представлении, Том приложений к Энциклопедии по физике низкотемпературной плазмы, «Термодинамические свойства низкотемпературной плазмы» (в печати) ФИЗМАТЛИТ, 2004.

2. Иосилевский И.Л. Эффекты неидеальности в низкотемпературной плазме, Том приложений к Энциклопедии по физике низкотемпературной плазмы, «Термодинамические свойства низкотемпературной плазмы» (в печати) ФИЗМАТЛИТ, 2004.

3. Иосилевский И.Л., Красников Ю.Г., Сон Э.Е., Фортов В.Е. Термодинамика и транспорт в неидеальной плазме (принято в печать) М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.

4. Gryaznov V., Iosilevskiy I., Fortov V., Thermodynamics of shock-compressed plasmas in quasi-chemical representation, in “Shock Waves and Extreme States of Matter” Eds. Fortov V.E., Altshuler L.V., Trunin R.F., Funtikov A.I., SPRINGER, 2004, p.260 

5. Ronchi C., Iosilevskiy I., Yakub E., “Equation of State of Uranium Dioxide”, SPRINGER, 2004, 366 pp.

Конференции, проводимые по линии Секции термодинамических, оптических и переносных свойств Совета РАН по физике НТП в 2004 году: