[发明专利]基于第一性原理的X射线汤姆逊散射谱模拟方法

说明书

本发明提供基于第一性原理的X射线汤姆逊散射谱模拟方法，其基于量子微扰理论将温稠密物质的散射谱分解为弹性部分和非弹性部分，其中弹性部分的计算通过第一性原理分子动力学和有限温度密度泛函理论实现，非弹性部分的计算通过含时密度泛函理论的微扰公式实现，再将计算得到的弹性部分和非弹性部分进行整合，得到完整的温稠密物质的X射线汤姆逊散射谱，其利用第一性原理对温稠密物质内部环境进行完整精确的模拟，保证最终模拟得到的X射线汤姆逊散射谱真实地反映温稠密物质的内部环境，便于对实际测量得到的散射谱进行准确解谱操作，提高对温稠密物质的研究可靠性。

技术领域

本发明涉及温稠密物质X射线诊断的技术领域，特别涉及基于第一性原理的X射线汤姆逊散射谱模拟方法。

背景技术

X射线汤姆逊散射主要用于对温稠密物质状态进行诊断，其能够穿透温稠密物质内部，全方位提供精确的温度、密度、电离度和离子结构等状态信息，已经广泛应用于实验室天体物理、行星物理和惯性约束聚变的研究中。现有常规的模型方法无法合理地处理稠密等离子体环境，难以适应高精度实验数据的状态参数提取工作。而国内X射线汤姆逊散射实验已经初步开展，建立与之配套的理论模型显得尤为紧要。第一性原理方法能够有效地模拟部分离解、电离和简并的温稠密环境，然而尚未出现第一性原理方法能够预测完整的X射线汤姆逊散射谱，无法对温稠密物质进行准确完整的X射线汤姆逊散射谱第一性原理建模预测。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于第一性原理的X射线汤姆逊散射谱模拟方法，其基于量子微扰理论将温稠密物质的散射谱分解为弹性部分和非弹性部分，其中弹性部分的计算通过第一性原理分子动力学和有限温度密度泛函理论实现，非弹性部分的计算通过含时密度泛函理论的微扰公式实现，再将计算得到的弹性部分和非弹性部分进行整合，得到完整的温稠密物质的X射线汤姆逊散射谱，其利用第一性原理对温稠密物质内部环境进行完整精确的模拟，保证最终模拟得到的X射线汤姆逊散射谱真实地反映温稠密物质的内部环境，便于对实际测量得到的散射谱进行准确解谱操作，提高对温稠密物质的研究可靠性。

本发明提供基于第一性原理的X射线汤姆逊散射谱模拟方法，包括如下步骤：

步骤S1，通过第一性原理分子动力学，模拟特定电子和离子温度密度下的温稠密物质的离子状态，以此获得一系列平衡态离子构型；再根据有限温度密度泛函理论，对所述平衡态离子构型进行模拟，得到温稠密物质的X射线汤姆逊散射谱的弹性部分的总积分强度S₁(q)；

步骤S2，对所述平衡态离子构型开展关于有限温度密度泛函理论的模拟，获得相应的基态波函数；根据所述基态波函数，开展含时密度泛函理论微扰公式计算，得到不同平衡态离子构型对应的电子响应函数χ(q,q',ω)；再根据所述电子响应函数χ(q,q',ω)，得到温稠密物质的X射线汤姆逊散射谱的非弹性部分的总强度S₂(q,ω)；

步骤S3，根据所述X射线汤姆逊散射谱的弹性部分的总积分强度S₁(q)和非弹性部分的总强度S₂(q,ω)，得到所述温稠密物质的X射线汤姆逊散射谱的完整总强度S(q,ω)。

进一步，在所述步骤S1中，根据有限温度密度泛函理论，对所述平衡态离子构型进行模拟，得到温稠密物质的X射线汤姆逊散射谱的弹性部分的总强度S₁(q,ω)，包括：

对平衡态离子构型进行分析处理，得到相应的离子静态结构因子S_ii(q)；

基于有限温度密度泛函理论的模拟，获得部分平衡态离子构型的原子形状因子N(q)和部分电离的束缚态电子引起的弹性X射线散射强度

根据所述离子静态结构因子S_ii(q)和所述原子形状因子N(q)，获得由电子密度的空间涨落引起的弹性X射线散射强度