Quasi-Isentropic Compression of a Nonideal Helium Plasma at a Constant Final Temperature of 21 000 K and Pressures up to 600 GPa

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The quasi-isentropic compressibility of a strongly nonideal helium plasma in the pressure range 250–600 GPa is experimentally studied in devices with cylindrical geometry. The temperature at the front of a cylindrical shock wave in helium (T ≈ 10 000 K) and the flight speed of the inner cascade (W ≈ 3.5 km/s), in the cavity of which the maximum compressed plasma density is achieved, are measured. Data on the compression of a nonideal helium plasma to a density ρ ≈ 3 g/cm3 at an approximately constant final temperature of 21000 K are obtained. The trajectories of the metallic shells compressing the plasma are detected using high-power pulsed X-ray sources with a boundary electron energy of up to 60 MeV. The helium plasma density is determined using the radii of the shells measured at the time of their “stop.” The compressed plasma pressure is obtained using gasdynamic calculations. Comparative theoretical calculations of the quasi-isentropic compression parameters have been carried out using the following two theoretical models: the traditional chemical plasma model (SAHA code) and an ab initio quantum molecular dynamics (QMD) approach. No anomaly of the experimental data in the pressure range of the plasma phase transition theoretically assumed in helium is detected.

About the authors

M. A Mochalov

All-Russian Research Institute of Experimental Physics (VNIIEF)

Email: mcleodjr@mail.ru
607188, Sarov, Nizhny Novgorod oblast, Russia

R. I Il'kaev

All-Russian Research Institute of Experimental Physics (VNIIEF)

Email: mcleodjr@mail.ru
607188, Sarov, Nizhny Novgorod oblast, Russia

V. E Fortov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: mcleodjr@mail.ru
125412, Moscow, Russia

S. V Erunov

All-Russian Research Institute of Experimental Physics (VNIIEF); Nizhny Novgorod State Technical University

Email: mcleodjr@mail.ru
607188, Sarov, Nizhny Novgorod oblast, Russia; 603950, Nizhny Novgorod, Russia

V. A Arinin

All-Russian Research Institute of Experimental Physics (VNIIEF)

Email: mcleodjr@mail.ru
607188, Sarov, Nizhny Novgorod oblast, Russia

A. O Blikov

All-Russian Research Institute of Experimental Physics (VNIIEF); Nizhny Novgorod State Technical University

Email: mcleodjr@mail.ru
607188, Sarov, Nizhny Novgorod oblast, Russia; 603950, Nizhny Novgorod, Russia

V. A Ogorodnikov

All-Russian Research Institute of Experimental Physics (VNIIEF); Nizhny Novgorod State Technical University

Email: mcleodjr@mail.ru
607188, Sarov, Nizhny Novgorod oblast, Russia; 603950, Nizhny Novgorod, Russia

A. V Ryzhkov

All-Russian Research Institute of Experimental Physics (VNIIEF)

Email: mcleodjr@mail.ru
607188, Sarov, Nizhny Novgorod oblast, Russia

V. A Komrakov

All-Russian Research Institute of Experimental Physics (VNIIEF)

Author for correspondence.
Email: mcleodjr@mail.ru
607188, Sarov, Nizhny Novgorod oblast, Russia

References

  1. I. Iosilevskiy, V. Gryaznov, E. Yakub et al., Contrib. Plasma Phys. 43, 316 (2003).
  2. M. Schlanges, M. Bonitz, and A. Tschttschjan, Contrib. Plasma Phys. 35, 109 (1995).
  3. В.К. Грязнов, И.Л. Иосилевский, В. Е. Фортов, Термодинамика ударно-сжатой плазмы в квазихимическом представлении / Энциклопедия низкотемпературной плазмы под общей ред.В.Е. Фортова. Том приложений III-1 / Ред. А.Н. Старостин и И.Л. Иосилевский, Физматлит, Москва (2004), cc. 111-139.
  4. C. Winisdoerffer and G. Chabrier, Phys.Rev.E 71, 026402 (2005).
  5. W. Ebeling, Contrib. Plasma Phys. 30, 553 (1990).
  6. H. Hess, High Press.Res. 1, 203 (1989).
  7. В. Эбелинг, А. Фёрстер, В. Фортов и др., Теплофизические свойства горячей плотной плазмы, Москва-Ижевск: НИЦ ¾Регулярная и хаотическая динамика¿, Институт компьютерных исследований (2007).
  8. A. Forster, T. Kalbaum, and W. Ebeling, High Press.Res. 7, 375 (1991).
  9. В.Т.Швец, ЖЭТФ 143, 182 (2013).
  10. C.A. Seldam, Proc. Phys. Soc.A 70, 97 (1957).
  11. В.П. Трубицын, Ф.Р. Улинич, ДАН СССР 142, 578 (1962).
  12. D.A. Young, A.K. McMahan, and M. Ross, Phys. Rev.B 24, 5119 (1981).
  13. J. Meyer-ter-Vehn and W. Zittel, Phys.Rev.B 37, 8674 (1988).
  14. M. Preising and R. Redmer, Contrib. Plasma Phys. 61, e202100105 (2021).
  15. М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В. Е. Фортов и др., ЖЭТФ 142, 696 (2012).
  16. М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В. Е. Фортов и др., Письма в ЖЭТФ 96, 172 (2012).
  17. М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В. Е. Фортов и др., ЖЭТФ 146, 169 (2014).
  18. М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В. Е. Фортов и др., Письма в ЖЭТФ 101, 575 (2015).
  19. В.К. Грязнов, И.Л. Иосилевский, В.Е. Фортов, в сб.Ударные волны и экстремальные состояния вещества под ред.В.Е. Фортова и др., Наука, Москва (2000), c. 299.
  20. М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В.Е. Фортов и др., ЖЭТФ 151, 592 (2017).
  21. М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В.Е. Фортов и др., Письма в ЖЭТФ 108, 692 (2018).
  22. М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В.Е. Фортов и др., ЖЭТФ 160, 735 (2021).
  23. М. В.Жерноклетов, В.К. Грязнов, В.А. Аринин и др., Письма в ЖЭТФ 96, 479 (2012).
  24. V.E. Fortov, R. I. Il'kaev, V.A. Arinin et al., Phys. Rev.Lett. 99, 185001 (2007).
  25. М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В.Е. Фортов и др., ЖЭТФ 152, 1113 (2017).
  26. В.А. Огородников, А. Г. Иванов, А.Л. Михайлов и др., ФГВ 34, 103 (1998).
  27. В.А. Огородников, С.В. Ерунов, А.О. Бликов и др., ЖЭТФ 160, 621 (2021).
  28. Yu.P. Kuropatkin, V.D. Mironenko, V.N. Suvorov et al., in 11th IEEE Pulsed Power Conference/Digest of technical papers, ed. by G. Cooperstein and I. Vitkovitsky (1997), p. 1669.
  29. В. В. Сычев, А.А. Вассерман, А.Д. Козлов и др., Термодинамические свойства гелия, ГСССД, Изд-во стандартов, Москва (1984).
  30. V.A. Arinin and B. I. Tkachenko, Pattern Recogn. and Image Anal. 19, 63 (2009).
  31. Н.Ф. Гаврилов, Г. Г.Иванова, В.И.Селин,В.Н.Софронов, ВАНТ. Сер.: Методики и программы численные решения задач математической физики, Вып. 3, 11 (1982).
  32. Б.Л. Глушак, Л.Ф. Гударенко, Ю.М. Стяжкин, ВАНТ. Сер.: Математическое моделирование физических процессов, Вып. 2, 57 (1991).
  33. И.Р. Трунин, С. В. Корицкая, В. Арнолд, Препринт 75-2000, Саров (2000)
  34. S.V. Koritskaya,I.R. Trunin, and W. Arnold, AIP Conf. Proc. 505, 475 (2000).
  35. Б.А. Надыкто, А.И. Ломайкин, И.Н. Павлуша, М.О.Ширшова, ВАНТ. Сер.: Теоретическая и прикладная физика, Вып. 2, 43 (2012).
  36. А.А. Евстигнеев, М. В.Жерноклетов, В.Н. Зубарев, ФГВ 12, 758 (1976).
  37. М.А. Мочалов, Р.И. Илькаев, В. Е. Фортов и др., ЖЭТФ 159, 1118 (2021).
  38. Р.Ф. Трунин, Л.Ф. Гударенко, М.В.Жерноклетов, Г.В. Симаков, Экспериментальные данные по ударно-волновому сжатию и адиабатическому расширению конденсированных веществ, под ред.Р.Ф. Трунина, РФЯЦ-ВНИИЭФ, Саров (2001).
  39. O.T. Strand, D.R. Goosman, C. Martinez et al., Rev. Sci. Instrum. 77, 083108 (2006).
  40. A.V. Chentsov and P.R. Levashov, Contrib.Plasma Phys. 52, 33 (2012).
  41. G. Kresse and J. Hafner, Phys.Rev.B 47, 558 (1993).
  42. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev.Lett. 77, 3865 (1996).
  43. В. Е. Фортов, Tepмодинамика динамических воздействий нa вещество, Физматлит, Москва (2019).
  44. Ф.В. Григорьев, С. Б. Кормер, О.Л. Михайлова и др., Письма в ЖЭТФ 16, 286 (1972).
  45. Ф.В. Григорьев, С. Б. Кормер, О.Л. Михайлова и др., ЖЭТФ 69, 743 (1975).
  46. Ф.В. Григорьев, С. Б. Кормер, О.Л. Михайлова и др., ЖЭТФ 75, 1683 (1978).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences