Accurate knowledge of the equation of state (EOS) of deuterium–tritium (DT) mixtures is critically important for inertial confinement fusion (ICF). Although the study of EOS is an old topic, there is a longstanding lack of global accurate EOS data for DT within a unified theoretical framework. DT fuel goes through very wide ranges of density and temperature from a cold condensed state to a hot dense plasma where ions are in a moderately or even strongly coupled state and electrons are in a partially or strongly degenerate state. The biggest challenge faced when using first-principles methods for obtaining accurate EOS data for DT fuel is the treatment of electron–ion interactions and the extremely high computational cost at high temperatures. In the present work, we perform extensive state-of-the-art ab initio quantum Langevin molecular dynamics simulations to obtain EOS data for DT mixtures at densities from 0.1 g/cm3 to 2000 g/cm3 and temperatures from 500 K to 2000 eV, which are relevant to ICF processes. Comparisons with average-atom molecular dynamics and orbital-free molecular dynamics simulations show that the ionic strong-coupling effect is important for determining the whole-range EOS. This work can supply accurate EOS data for DT mixtures within a unified ab initio framework, as well as providing a benchmark for various semiclassical methods.

中文翻译：

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全球惯性约束聚变区氘氚混合物状态的统一第一性原理方程

准确了解氘-氚 (DT) 混合物的状态方程 (EOS) 对于惯性约束聚变 (ICF) 至关重要。EOS的研究虽然是一个古老的课题，但长期以来缺乏统一的理论框架内针对DT的全局准确的EOS数据。DT 燃料经历了非常宽的密度和温度范围，从冷凝聚态到热致密等离子体，其中离子处于中等甚至强耦合状态，而电子处于部分或强烈简并状态。使用第一性原理方法获得 DT 燃料的准确 EOS 数据时面临的最大挑战是电子-离子相互作用的处理和高温下极高的计算成本。在目前的工作中，我们执行广泛的最先进的 ab initio 量子朗之万分子动力学模拟，以获得密度为 0.1 g/cm3 至 2000 g/cm3 和温度为 500 K 至 2000 eV 的 DT 混合物的 EOS 数据，这与 ICF 相关过程。与平均原子分子动力学和无轨道分子动力学模拟的比较表明，离子强耦合效应对于确定全范围 EOS 很重要。这项工作可以在统一的 ab initio 框架内为 DT 混合物提供准确的 EOS 数据，并为各种半经典方法提供基准。与平均原子分子动力学和无轨道分子动力学模拟的比较表明，离子强耦合效应对于确定全范围 EOS 很重要。这项工作可以在统一的 ab initio 框架内为 DT 混合物提供准确的 EOS 数据，并为各种半经典方法提供基准。与平均原子分子动力学和无轨道分子动力学模拟的比较表明，离子强耦合效应对于确定全范围 EOS 很重要。这项工作可以在统一的 ab initio 框架内为 DT 混合物提供准确的 EOS 数据，并为各种半经典方法提供基准。