ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕРХКРИТИЧЕСКОГО ФЛЮИДА БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ «3+»-МОДЕЛИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе выполнен расчет теплофизических и транспортных свойств сверхкритического флюида благородных металлов (Cu, Ag, Au) в рамках единого подхода с помощью ранее предложенной «3+»-модели. Особенностью модели является наличие нового компонента – электронного желе – в дополнение к термическим электронам, ионам и атомам. Электронное желе существует при любой плотности, участвует в проводимости, но при этом не входит в уравнение баланса. Получено уравнение состояния благородных металлов, включая бинодаль и критическую точку перехода пар–жидкость. Металлизация паров благородных металлов в околокритической области объяснена с помощью «холодной» ионизации в виде электронного желе. Получено удовлетворительное согласие результатов для проводимости флюида благородных металлов в околокритической области с известными экспериментальными данными и результатами численного моделирования.

Об авторах

А. С Шумихин

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: shum_aс@mail.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Фортов В.Е., Храпак А.Г., Якубов И.Т. Физика неидеальной плазмы. М.: Физматлит, 2010.
  2. Khomkin A.L., Shumikhin A.S. The Thermodynamics and Transport Properties of Transition Metals in Critical Point // High Temp.-High Press. 2017. V. 46. № 4–5. P. 367.
  3. DeSilva A.W., Kunze H.-J. Experimental Study of the Electrical Conductivity of Strongly Coupled Copper Plasma // Phys. Rev. E. 1994. V. 49. P. 4448.
  4. DeSilva A.W., Katsouros J.D. Electrical Conductivity of Dense Copper and Aluminum Plasmas // Phys. Rev. E. 1998. V. 57. P. 5945.
  5. Gathers G.R. Thermophysical Properties of Liquid Copper and Aluminum // Int. J. Thermophys. 1983. V. 4. P. 209.
  6. Clérouin J., Renaudin P., Laudernet Y., Noiret P., Desjarlais M.P. Electrical Conductivity and Equation-ofstate Study of Warm Dense Copper: Measurements and Quantum Molecular Dynamics Calculations // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. P. 064203.
  7. Clérouin J., Noiret P., Blottiau P., Recoules V., Siberchicot B., Renaudin P., Blancard C., Faussurier G., Holst B., Starrett C.E. A Database for Equations of State and Resistivities Measurements in the Warm Dense Matter Regime // Phys. Plasmas. 2012. V. 19. P. 082702.
  8. Han R., Wu J., Ding W., Zhou H., Qiu A., Wang Y. A Comparison Study of Exploding a Cu Wire in Air, Water, and Solid Powders // Phys. Plasmas. 2017. V. 24. P. 113515.
  9. Chung K.-J., Lee K., Hwang Y., Kim D.-K. Numerical Model for Electrical Explosion of Copper Wires in Water // J. Appl. Phys. 2016. V. 120. P. 203301.
  10. Sai Venkata Ramana A. Molecular Dynamics Simulation of Liquid–Vapor Phase Diagrams of Metals Modeled Using Modified Empirical Pair Potentials // Fluid Phase Equilib. 2014. V. 361. P. 181.
  11. Park S., Lee H., Chung K.-J. Liquid–Vapor Phase Transition Process during Underwater Electrical Wire Explosion // AIP Advances. 2023. V. 13. P. 065002.
  12. Park S., Lee H., Ryu J., Chung K.-J., Hwang Y., Lee K., Kim D.-K. Measurement on the Electrical Conductivity of Copper along the Binodal Curve in Warm Dense Regime // Appl. Phys. Lett. 2021. V. 119. P. 174102.
  13. Park S., Chi H.-C., Lee H., Cho J., Chung K.-J. Electrical Conductivity of Copper in the Low Temperature Region of Warm Dense Matter // Phys. Plasmas. 2024. V. 31. P. 072712.
  14. Renaudin P., Recoules V., Noiret P., Clerouin J. Electronic Structure and Equation of State Data of Warm Dense Gold // Phys. Rev. E. 2006. V. 73. P. 056403.
  15. Apfelbaum E.M. Calculation of Electronic Transport Coefficients of Ag and Au Plasma // Phys. Rev. E. 2011. V. 84. P. 066403.
  16. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Уравнение состояния, состав и проводимость плотной плазмы паров металлов // ТВТ. 2014. Т. 52. № 3. С. 335.
  17. Kirshenbaum A.D., Cahill J.A., Grosse A.V. The Density of Liquid Silver from its Melting Point to its Normal Boiling Point 2450 K // J. Inorg. Nucl. Chem. 1962. V. 24. P. 333.
  18. Abdullaev R.N., Khairulin R.A., Stankus S.V. Density and Thermal Expansion of Silver in the Solid and Liquid States // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1677. P. 012161.
  19. Arblaster J.W. Thermodynamic Properties of Silver // J. Phase Equilib. Diffus. 2015. V. 36. P. 573.
  20. Mirwald P.W., Kennedy G.C. The Melting Curve of Gold, Silver and Copper to 60-kbar Pressure: A Reinvestigation // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 1979. V. 84. P. 6750.
  21. Arblaster J.W. Thermodynamic Properties of Gold // J. Phase Equilib. Diffus. 2016. V. 37. P. 229.
  22. Boettger J., Honnell K.G., Peterson J.H., Greeff C., Crockett S. Tabular Equation of State for Gold // AIP Conf. Proc. 2012. V. 1426. P. 812.
  23. Haynes J. A Multiphase Equation of State for Gold // AIP Conf. Proc. 2020. V. 2272. P. 070017.
  24. Zhukhovitskii D.I., Zhakhovsky V.V. Thermodynamics and the Structure of Clusters in the Dense Au Vapor from Molecular Dynamics Simulation // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. P. 224705.
  25. Liu D., Fan W., Shan L., Tian C., Bi Bi, Zhang F., Yuan Z., Wang W., Liu H, Yang L., Meng L., Cao L., Zhou W., Gu Y. Ab initio Simulations for Expanded Gold Fluid in Metal–Nonmetal Transition Regime // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. P. 122705.
  26. Liu D., Fan W., Shan L., Wang F., Shui M., Zhu B., Wu Y., Zhang F., Bi Bi, Tian C., Wang W., Yuan Z., Liu H., Yang L., Meng L., Zhou W., Cao L., Gu Y. Combined Optical Reflectivity Measurement and Ab Initio Simulation of Expanded Gold Fluid across the Metal–Nonmetal Transition Regime // AIP Adv. 2020. V. 10. P. 095008.
  27. Migdal K.P., Petrov Yu.V., Zhakhovsky V.V., Inogamov N.A. Electrical Resistivity of Liquid Expanded Metals by Ziman Approach // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1147. P. 012005.
  28. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Газообразный металл и проблема перехода пар–жидкость (диэлектрик–металл) в парах металлов // ЖЭТФ. 2020. Т. 157. С. 717.
  29. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Особенности расчета уравнения состояния, состава и проводимости плотных, закритических паров металлов – плазменного флюида // ЖЭТФ. 2017. Т. 152. С. 1393.
  30. Banerjia A., Smith J.R. Origins of the Universal Bindingenergy Relation // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. P. 6632.
  31. Rose J.H., Smith J.R., Guinea F., Ferrante J. Universal Features of the Equation of State of Metals // Phys. Rev. B. 1984. V. 29. P. 2963.
  32. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Трехкомпонентная химическая модель неидеальной плазмы ≪для пользователей≫ // ТВТ. 2021. Т. 59. № 1. С. 3.
  33. Муленко И.А., Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Базовые химические модели неидеальной атомарной плазмы // ТВТ. 2004. Т. 42. № 6. С. 835.
  34. Радциг А.А., Смирнов Б.М. Справочник по атомной и молекулярной физике. М.: Атомиздат, 1980.
  35. Redmer R. Electrical Conductivity of Dense Metal Plasmas // Phys. Rev. E. 1999. V. 59. P. 1073.
  36. Ликальтер А.А. Газообразные металлы // УФН. 1992. Т. 162. № 7. С. 119.
  37. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Сверхкритический флюид плазмы паров металлов, инертных газов и экситонов // УФН. 2021. Т. 191. № 11. С. 1187.
  38. Clementi E., Roetti C. Roothaan–Hartree–Fock Atomic Wavefunctions: Basis Functions and their Coefficients for Ground and Certain Excited States of Neutral and Ionized Atoms, Z < 54 // At. Data Nucl. Data Tables. 1974. V. 14. P. 177.
  39. McLean A.D., McLean R.S. Roothaan–Hartree– Fock Atomic Wave Functions Slater Basis-Set Expansions for Z = 55–92 // At. Data Nucl. Data Tables. 1981. V. 26. P. 197.
  40. Grosse A.V., Kirshenbaum A.D. The Temperature Range of Liquid Lead and Silver and an Estimate of Their Critical Constants // J. Inorg. Nucl. Chem. 1962. V. 24. № 6. P. 739.
  41. Фортов В.Е., Дремин А.Н., Леонтьев А.А. Оценка параметров критической точки // ТВТ. 1975. Т. 13. № 3. С. 1072.
  42. Young D.A., Alder B.J. Critical Point of Metals from the van der Waals Model // Phys. Rev. A. 1971. V. 3. P. 364.
  43. Ichimaru S., Tanaka S. Theory of Interparticle Correlations in Dense, High-temperature Plasmas. V. Electric and Thermal Conductivities // Phys. Rev. A. 1985. V. 32. P. 1790.
  44. Röpke G. Quantum-statistical Approach to the Electrical Conductivity of Dense, High-temperature Plasmas // Phys. Rev. A. 1988. V. 38. P. 3001.
  45. Esser A., Redmer R., Röpke G. Interpolation Formula for the Electrical Conductivity of Nonideal Plasmas // Contrib. Plasma Phys. 2003. V. 43. P. 33.
  46. Röpke G. Thermodynamic and Transport Properties of Plasmas: Low-density Benchmarks // Contrib. Plasma Phys. 2023. V. 63. № 9–10. e202300002.
  47. Kaschnitz E., Nussbaumer G., Pottlacher G., Jäger H. Microsecond-resolution Measurements of the Thermophysical Properties of Liquid Gold // Int. J. Thermophys. 1993. V. 14. P. 251.
  48. Boboridis K., Pottlacher G., Jäger H. Determination of the Critical Point of Gold // Int. J. Thermophys. 1999. V. 20. P. 1289.
  49. Morris E. AWRE Report No. O-67/64. London: UKAEA, 1964.
  50. Мажукин В.И., Королева О.Н., Демин М.М., Шапранов А.В., Алексашкина А.А. Атомистическое моделирование сосуществования фазовых состояний жидкость–пар для золота и определение критических параметров // Матем. моделирование. 2022. Т. 34. № 3. С. 101.
  51. Singh J.K., Adhikari J., Kwak S.K. Vapor–Liquid Phase Coexistence Curves for Morse Fluids // Fluid Phase Equilib. 2006. V. 248. P. 1.
  52. Iosilevskiy I., Gryaznov V. Uranium Critical Point Location Problem // J. Nucl. Mater. 2005. V. 344. P. 30.
  53. Шумихин А.С. Проблема уравнения состояния тугоплавких металлов в околокритической области // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 655.
  54. Ben-Yosef N., Rubin A.G. Liquid–Copper Resistivity // Phys. Rev. Lett. 1969. V. 23. P. 289.
  55. Apfelbaum E.M., Vorob’ev V.S. The Wide-range Method to Construct the Entire Coexistence Liquid– Gas Curve and to Determine the Critical Parameters of Metals // J. Phys. Chem. B. 2015. V. 119. P. 11825.
  56. Хомкин А.Л., Шумихин А.С. Критические точки паров металлов // ЖЭТФ. 2015. Т. 148. С. 597.
  57. Swilem S. Electrical Conductivity Measurements of Strongly Coupled Tungsten, Titanium, and Silver Plasmas. PhD thesis. Bochum: Ruhr-Universität Bochum, 2001.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».