Молекулярно-динамическое моделирование теплофизических свойств жидкого урана

Методика расчета потенциала погруженного атома (ЕАМ), использующая данные о структуре жидкого металла вблизи температуры плавления и результаты ударных испытаний, применена для урана. Используя метод молекулярной динамики и потенциал ЕАМ, удается получить хорошее согласие с опытом по структуре, плотности и потенциальной энергии жидкого металла при температурах до $5000$ К, а также вдоль ударной адиабаты до давлений $\sim 360$ ГПа. Определены термодинамические свойства твердого (ОЦК) и жидкого урана при давлениях до $470$ ГПа и температурах до $12\,000$ К. Расчетный модуль всестороннего сжатия жидкости при $1406$ К близок к фактическому. Коэффициент самодиффузии при изобарном нагревании возрастает с температурой по степенному закону с показателем $\sim 2\times 10^3$. С помощью соотношения Стокса—Эйнштейна определена динамическая вязкость при температурах до 6000 К. Полученный потенциал недостаточно адекватен для описания кристаллического урана при нормальных условиях. Температура плавления урана с потенциалом ЕАМ равна $1455 \pm 2$ К и немного выше реальной. С ростом давления температура плавления монотонно повышается и достигает $7342$ К при $444$ ГПа. Для получения согласия с опытом по энергии урана вдоль изобары $p = 0$ принято, что при повышенных температурах появляется дополнительный вклад в энергию, обусловленный возбуждением атомных электронов и приводящий к высокой теплоемкости: величина его достигает почти $100$ кДж/моль при $5000$ К. Этот вклад обуславливает также высокую теплоемкость сильно сжатых состояний урана.