Open this publication in new window or tab >>2021 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
Strongly coupled or non-ideal plasmas are multi-component charged systems in which at least one species possesses an average interaction energy that is comparable or larger than its thermal energy. Non-ideal plasmas are naturally occurring in dense astrophysical objects (e.g. giant planet interiors) but also engineered in the laboratory (e.g. plasma discharges seeded with solid particulates). They are typically encountered in the liquid state, whose theoretical description is particularly challenging due to the lack of small parameters. This thesis is focused on the development of a novel theoretical approach for the accurate calculation of the structural and thermodynamic properties of plasma liquids. Apart from their inherent significance, these properties also constitute necessary input to advanced theories of dynamical correlations, collective excitations and transport coefficients. The theoretical approach is based on the integral equation theory framework, whose central quantity is the bridge function; an abstract object of diagrammatic analysis that is impossible to calculate or even approximate through virial-type expansions. Here the bridge function is accurately determined by combining elements of the isomorph theory of R-simple liquids with indirect extractions from computer simulations. The unprecedented level of accuracy in both the structural and thermodynamic properties and the very low computational cost, render the approach the most efficient alternative to computer simulations of classical and quantum plasma liquids. Applications to collective modes and metastable properties are also discussed.
Abstract [sv]
Starkt kopplade eller icke-ideala plasma är flerkomponent system av laddade partiklar där minst ett partikelslag har en genomsnittlig interaktionsenergi som är jämförbar eller större än dess termiska energi. Icke-idealiska plasma förekommer naturligt i täta astrofysiska objekt (t.ex. jätteplaners interiörer) men är också konstruerade i laboratoriet (t.ex. plasmaurladdningar med fasta partiklar). De påträffas vanligtvis i flytande tillstånd, vars teoretiska beskrivning är särskilt utmanande då det saknas små parametrar som kan användas för approximation.Denna avhandling är fokuserad på utvecklingen av en ny teoretisk metod för noggrann beräkning av plasmavätskors strukturella och termodynamiska egenskaper. Förutom deras inneboende betydelse utgör dessa egenskaper också nödvändig input till teorier om dynamiska korrelationer, kollektiva excitationer och transportkoefficienter. Det teoretiska tillvägagångssättet är baserat på det integralekvationsteoretiska ramverket, vars centrala kvantitet är bryggfunktionen; ett abstrakt objekt för diagrammatisk analys som är omöjligt att beräkna eller ens approximera genom expansioner av virialtyp. Här bestäms bryggfunktionen noggrant genom att kombinera element från isomorfteorin för R-enkla vätskor med indirekta extraktioner från datorsimuleringar. Den oöverträffade nivån av noggrannhet i både de strukturella och termodynamiska egenskaperna och den mycket låga beräkningskostnaden, gör metoden till det mest effektiva alternativet till datorsimuleringar av klassiska och kvantplasmavätskor. Tillämpningar på vågor och metastabila egenskaper diskuteras också.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2021. p. xiv, 113
Series
TRITA-EECS-AVL ; 2021:74
National Category
Fusion, Plasma and Space Physics
Research subject
Physics, Theoretical Physics; Physics, Atomic, Subatomic and Astrophysics
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-304947 (URN)978-91-8040-057-2 (ISBN)
Public defence
2021-12-10, Ångdomen, Osquars backe 31, Stockholm, 14:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note
QC 20211117
2021-11-172021-11-162022-06-25Bibliographically approved