冲击产生温稠密氖在部分电离区的高压物性研究

How to generate extremely warm dense conditions and diagnose their states in laboratories are the key to provide scientific basis for constructing the theory model of warm dense matter(WDM). In this project, aiming at the demands of clarifying the abnormal behaviors of neon (Ne) under high pressure by experiments and developing new WDM theory model, we will generate partial ionized WDM for initially pre-compressed gas Ne by multi-shock compression technique. Combined with multiple novel diagnostics devices, a new experimental method and multi-physics parameters diagnostics technique will be developed, which allow to simultaneously study the thermodynamics, transport, and optics properties on WDM in a single shot. Based on the experimental results, an integrative theory model, combing the EOS and transport properties calculations for warm dense Ne in the partial ionization region, will be constructed. The high-pressure behaviors of warm dense Ne will be studied at various viewpoints, including thermodynamics,transport,and optical properties by the experiments results along with the theory simulations. By using novel multi-reverberation compression technique,multiple detect technique,and numerical simulation technique,we expect to achieve some breakthroughs at the aspects of the productionof WDM and the understanding of the ionization,phase transition,and abnormal behaviors of Ne under high pressure,which can serve to construct the new and universal theory models for WDM and construct the bridges between the lightest elements (hydrogen and helium) and heavier ones for exiting first-principle methods when they are used to describe the WDM properties.

实验室如何实现极端温稠密条件并对其状态进行诊断是为温稠密区理论建模提供科学依据的关键。本项目拟针对氖的反常高压行为认识需要实验澄清以及发展新的温稠密物质预测模型的需求，从预压缩气体初始状态出发，通过多次冲击压缩技术产生强激波调控进入部分电离区，结合多种新型集成诊断手段，发展建立单发实验集热力学、输运和光学特性研究于一体的温稠密物质新的实验方法和多信息同步联合诊断技术，构建基于实验验证的温稠密氖部分电离区物态方程及输运性质综合理论模型，实验结合理论模拟从热力学、输运和光学特性多视角系统地研究部分电离区温稠密氖的高压物性，希望借助新发展的多次冲击压缩和多重联合诊断技术、结合数值模拟，能够在温稠密物质产生、电离和相变机制、以及氖的反常高压行为认识上取得突破，使其能够服务于更具普适性的温稠密物质新的综合理论建模，并起到对已有的第一性原理方法从最轻的氢和氦过渡到更重元素温稠密物质特性描述的桥梁作用。

本项目以具有简单闭壳层电子结构的稀有气体元素氖为研究对象，实验与理论相结合开展了其部分电离温稠密区高压物性研究，主要内容涉及温稠密氖的物态方程等高压物性参数测量、部分电离物态方程及输运性质理论建模、以及压缩、输运和电离特性等研究。通过项目的实施，建立了从初始预压缩气体状态出发经多次压缩产生温稠密物质的动态加载及诊断技术，实验获取了温稠密氖温度达26000K、压力达132GPa、密度达3.9g/cm3的物态方程等物性数据、以及冲击压缩氖透明性丧失的直接证据；发展建立了能够同时计算部分电离温稠密氖物态方程和输运性质（电导率、热导率和热功率）的综合理论模型和数值计算方法，计算获取了温稠密氖在密度10g/cm3和温度25000K范围内的等温电导率、等温热导率和等温热功率数据，揭示了等离子体密度效应在低散射能时对电子-原子动量转移截面的重要影响；实验结合理论揭示了多次压缩氖从初始冲击绝热到后期准等熵的压缩特性、冲击诱导电离的发生、以及电离和电离能降低修正对温稠密氖热动力学特性的关键影响，获取了初始状态调控氖的冲击压缩性和冲击压缩极限的规律性认识；提出了基于多次压缩压力-密度数据分析冲击压缩氖能隙变化及导电特性的一种潜在方法，获取了当前多次压缩实验氖是否发生金属化转变进入导电区的初步认识。本项目多次压缩气体实验技术的建立可以为开展各种气体温稠密物质实验提供研究手段，所获取温稠密氖高压物性数据以及压缩和电离特性等规律性认识，可以为认识材料在温稠密极端条件下的动力学行为和构建温稠密物质理论模型提供依据，其对于深入理解气态巨行星的形成、结构及演化也具有重要意义。