Thermodynamic and optical properties of dense noble gas plasmas
Final Report Abstract
Die Erforschung warmer dichter Materie ist von großer Bedeutung nicht nur für die Entwicklung neuer Technologien, etwa mit Materialien bei höchsten Drücken sowie Fusion, sondern auch für die Astrophysik, etwa die Erforschung des Aufbaus und der Entwicklung solarer und extrasolarer Planeten. Untersuchungen zur Zustandsgleichung, zur elektrischen Leitfähigkeit, zum optischen Reflexionsvermögen sowie weiteren thermodynamischen und optischen Eigenschaften von warmer dichter Materie beziehungsweise nichtidealer Plasmen waren Gegenstand des Projektes "Thermodynamische und optische Eigenschaften dichter Edelgasplasmen", welches die Zusammenarbeit von experimentellen Gruppen, insbesondere der Russischen Akademie der Wissenschaften, und der Theorie-Gruppe zur Quantenstatistik dichter Vielteilchensysteme an der Universität Rostock, befördert hat. Schwerpunkt der Kollaboration war die systematische Untersuchung des Reflexionsverhaltens an Stoßwellen-induzierten dichten Xenon-Plasmen sowie die quantenstatistische Behandlung von Stößen in der Theorie der elektrischen Leitfähigkeit und der dielektrischen Funktion. Damit konnten die experimentellen Daten erstmals theoretisch verstanden werden. Neue Ergebnisse zum Beitrag von neutralen Edelgas-Atomen zur optischen Leitfähigkeit und zur Absenkung des Ionisationspotentials in dichten Plasmen, die in Rostock erhalten wurden, konnten für die Erklärung des Reflexionsvermögens dichter Xenon-Plasmen, gemessen in Chernogolovka, eingesetzt werden. Die Theorie der Leitfähigkeit, speziell der Beitrag der Elektron-Elektron-Stöße, wurde in Zusammenarbeit mit Chernogolovka ausgebaut und auf den Grenzfall starker Entartung erweitert. Aktuelle Messungen der Leitfähigkeit von hochdichten Aluminium-Plasmen an der LCLS in Stanford führten zu einer Weiterentwicklung der Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen und der dynamischen Stoßfrequenz in Rostock und am Institut für Hohe Temperaturen in Moskau. Die im Bericht angeführten Arbeiten stoßen auf großes Interesse in der internationalen Gemeinschaft und geben Anlass zu weiterführenden Untersuchungen. Durch neue experimentelle Anlagen, insbesondere der Entwicklung von Kurzpuls-Lasern höchster Intensität, hat die Erforschung warmer dichter Materie an Bedeutung gewonnen und wird in verschiedenen Einrichtungen, etwa in Chernogolovka, aber auch in Livermore, Stanford, Albuquerque, und neuerdings am European XFEL in Schenefeld, intensiv vorangetrieben. Thermodynamische und optische Eigenschaften dichter Plasmen, etwa das Reflexionsvermögen an Grenzflächen, sind auch weiterhin von großem Interesse. Die intensive Zusammenarbeit im internationalen Rahmen, speziell der Partner des Projektes, konnte hierzu einen wichtigen Beitrag liefern.
Publications
- Electrical conductivity of strongly degenerate plasma with the account of electron-electron scattering. J. Phys.: Conf. Series 529, 012017 (2014)
V. S. Karakhtanov
(See online at https://doi.org/10.1088/1742-6596/529/1/012017) - Cluster virial expansion of the equation of state for hydrogen plasma with e-H2 contributions, Phys. Rev. E 91, 043103 (2015)
Y. A. Omarbakiyeva, H. Reinholz, G. Röpke
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevE.91.043103) - Conductivity of warm dense matter including electron-electron collisions, Phys. Rev. E 91, 043105 (2015)
H. Reinholz, G. Röpke, S. Rosmej, R. Redmer
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevE.91.043105) - The investigation of polarized reflectivity of explosively driven dense plasma, J. Phys.: Conf. Series 653, 012110 (2015)
Yu. B. Zaporozhets, V. B. Mintsev, V. K. Gryaznov, H. Reinholz, G. Röpke, Y. A. Omarbakiyeva, V. Fortov
(See online at https://doi.org/10.1088/1742-6596/653/1/012110) - Corrections to the Electrical Conductivity of the Fully Ionized Plasma at Moderate Values of the Degeneracy Parameter, Contrib. Plasma Phys. 56, 343 (2016)
V. S. Karakhtanov
(See online at https://doi.org/10.1002/ctpp.201500114) - Optical conductivity of warm dense matter within a wide frequency range using quantum statistical and kinetic approaches, Phys. Rev. E 94, 013203 (2016)
M. Veysman, G. Röpke, M. Winkel, H. Reinholz
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevE.94.013203) - Optical reflectivity of Xenon plasma revisited, Contrib. Plasma Phys. 56, 467 (2016)
Yu. B. Zaporozhets, Y. A. Omarbakiyeva, H. Reinholz, G. Röpke , V. B. Mintsev, V.K. Gryaznov
(See online at https://doi.org/10.1002/ctpp.201500144) - Ionization potential depression and dynamical structure factor in dense plasmas, Phys. Rev. E 96, 013202 (2017)
C. Lin, G. Röpke, W.-D. Kraeft, H. Reinholz
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevE.96.013202) - Optical reflectivity based on the effective interaction potentials of xenon plasma, Contrib. Plasma Phys. 57, 486 (2017)
E. O. Shalenov, S. Rosmej, H. Reinholz, G. Röpke, K. N. Dzhumagulova, T.S. Ramazanov
(See online at https://doi.org/10.1002/ctpp.201700104) - Dynamical conductivity of the dense semiclassical plasmas on the basis of the effective potential, Phys. Plasmas 25, 082706 (2018)
E. O. Shalenov, K. N. Dzhumagulova, T. S. Ramazanov, G. Röpke, H. Reinholz
(See online at https://doi.org/10.1063/1.5039800) - Equation of state and optical properties of warm dense helium, Phys. Plasmas 25, 012706 (2018)
M. Preising, W. Lorenzen, A. Becker, R. Redmer, M. D. Knudson, M.P. Desjarlais
(See online at https://doi.org/10.1063/1.5011650) - Polarized reflectivity properties of shock-compressed plasma with strong interaction of particles, J. Phys.: Conf. Series 946, 012014 (2018)
Yu. B. Zaporozhets, V. B. Mintsev, V. K. Gryaznov, Y. A. Omarbakiyeva, H. Reinholz, G. Röpke, V. E. Fortov
(See online at https://doi.org/10.1088/1742-6596/946/1/012124) - Application of the Non-Equilibrium Statistical Operator Method to the Dynamical Conductivity of Metallic and Classical Plasmas, Particles 2, 242 (2019)
M. E. Veysman, G. Röpke, H. Reinholz
(See online at https://doi.org/10.3390/particles2020017) - Comment on Isochoric, isobaric, and ultrafast conductivities of aluminum, lithium, and carbon in the warm dense matter regime, Phys. Rev. E 99, 047201 (2019)
B. B. L. Witte, G. Röpke, P. Neumayer, M. French, P. Sperling, V. Recoules, S. H. Glenzer, R. Redmer
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevE.99.047201) - Polarized angular-dependent reflectivity and density-dependent profiles of shock-compressed xenon plasmas, Phys. Rev. E 99, 043202 (2019)
Y. Zaporozhets, V. Mintsev, V. Fortov, H. Reinholz, G. Röpke, S. Rosmej, Y. A. Omarbakiyeva
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevE.99.043202)
