Improved Ionization Potential Depression Model Incorporating Dynamical Structure Factors and Electron Degeneracy for Non-Ideal Plasma Composition

2025

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3390/e27030253
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

In this work, we present an improved model for ionization potential depression (IPD) in dense plasmas that builds upon the approach introduced by Lin et al., which utilizes a dynamical structure factor (SF) to account for ionic microfield fluctuations. The main refinements include the following: (1) replacing the Wigner-Seitz radius with an ion-sphere radius, thereby treating individual ionization events as dynamically independent; (2) incorporating electron degeneracy through a tailored interpolation between Debye-Hückel and Thomas-Fermi screening lengths. Additionally, we solve the Saha equation iteratively, ensuring self-consistent determination of the ionization balance and IPD corrections. These modifications yield significantly improved agreement with recent high-density and high-temperature experimental data on warm dense aluminum, especially in regimes where strong coupling and partial degeneracy are crucial. The model remains robust over a broad parameter space, spanning temperatures from 1 eV up to 1 keV and pressures beyond the Mbar range, thus making it suitable for applications in high-energy-density physics, inertial confinement fusion, and astrophysical plasma research. Our findings underscore the importance of accurately capturing ion microfield fluctuations and electron quantum effects to properly describe ionization processes in extreme environments.