kaz29Вестник Казахстанско-Британского технического университетаHerald of the Kazakh-British Technical University1998-66882959-8109Казахстанско-Британский Технический Университет10.55452/1998-6688-2025-22-4-354-364kaz29-2306Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL SCIENCESВЛИЯНИЕ ИОННОГО ОСТОВА НА СВОЙСТВА НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫEFFECT OF IONIC CORE ON THE PROPERTIES OF NON-ISOTHERMAL PLASMAShttps://orcid.org/0000-0003-4889-7526ИсмагамбетоваТ. Н.IsmagambetovaT. N.

PhD, сениор-лектор

г. Алматы

PhD, Senior Lector

Almaty

ismagambetova@physics.kzhttps://orcid.org/0000-0001-7270-9834МуратовМ. М.MuratovM. M.

PhD, ассоциированный профессор

г. Алматы

PhD, Associate Professor

Almaty

mukhit.muratov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7903-8674УсеновЕ. А.UssenovY. A.

PhD, ассоциированный физик-исследователь

г. Принстон, Нью-Джерси

PhD, Associate Research Physicist

Princeton, NJ

yussenov@pppl.govhttps://orcid.org/0000-0003-4853-3642ГабдуллинМ. Т.GabdullinM. T.

PhD, к.ф.-м.н., профессор

г. Алматы

PhD, Cand.Phys.-Math.Sc., Professor

Almaty

gabdullin@physics.kzНациональная нанотехнологическая лаборатория открытого типа (ННЛОТ), Казахский национальный университет им. аль-Фараби; Институт прикладных наук и информационных технологий; Казахстанско-Британский технический университетКазахстанNational Nanotechnology Laboratory of Open Type (NNLOT), Al-Farabi Kazakh National University; Institute of Applied Sciences and IT; Kazakh British Technical UniversityKazakhstanНациональная нанотехнологическая лаборатория открытого типа (ННЛОТ), Казахский национальный университет им. аль-Фараби; Институт прикладных наук и информационных технологий; Казахское физическое обществоКазахстанNational Nanotechnology Laboratory of Open Type (NNLOT), Al-Farabi Kazakh National University; Kazakh Physical SocietyKazakhstanПринстонская лаборатория физики плазмыСоединённые Штаты АмерикиPrinceton Plasma Physics LaboratoryUnited StatesКазахский национальный университет им. аль-Фараби; Институт прикладных наук и информационных технологий; Казахстанско-Британский технический университет; Казахское физическое обществоКазахстанInstitute of Applied Sciences and IT; Kazakh British Technical University; Kazakh Physical SocietyKazakhstan202523122025224354364Copyright © Исмагамбетова Т.Н., Муратов М.М., Усенов Е.А., Габдуллин М.Т., 20252025Исмагамбетова Т.Н., Муратов М.М., Усенов Е.А., Габдуллин М.Т.Ismagambetova T.N., Muratov M.M., Ussenov Y.A., Gabdullin M.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.kbtu.edu.kz/jour/article/view/2306

В данной работе изучается влияние ионного остова на неизотермическую плазму с использованием нового потенциала ион-ионного взаимодействия, учитывающего экранирующие эффекты как от ионного остова, так и от обменно-корреляционных взаимодействий. Результаты показывают, что с увеличением расстояния эффективный потенциал приближается к экранирующему потенциалу типа Юкавы, в то время как на более коротких расстояниях сильная связь электронов ослабляет экранирование. Различные значения радиуса обрезания  и крутизны края остова  существенно влияют на поведение потенциала и радиальных функций распределения (РФР). Более высокие значения параметров связи () усиливают электрон-ионные взаимодействия, что приводит к более глубоким потенциальным ямам и более выраженным поправкам на неидеальность. Увеличение  уменьшает абсолютные значения поправок на неидеальность, что указывает на меньшее количество взаимодействий в системе. Больший радиус обрезания  при фиксированном параметре  также уменьшает поправки из-за более слабого экранирующего эффекта. С увеличением  поправки на неидеальность возрастают, отражая усиление связи. Результаты показывают важность учета эффектов ионного остова при исследовании плотной неизотермической плазмы.

This study investigates the effects of ionic cores on non-isothermal plasmas using a novel ion-ion interaction potential that incorporates screening effects from both ion cores and exchange-correlation interactions. Our findings indicate that with increasing distance, the effective potential approaches a Yukawa-like screening potential, while at shorter distances, strong electron binding weakens screening. The different values of the cutoff radius and core edge steepness  significantly influence the potential behavior and radial distribution functions (RDFs). Higher coupling parameters ( ) strengthen the electron-ion interactions, leading to deeper potential wells and more pronounced non-ideality corrections. Increasing  decreases the absolute values of non-ideality corrections, indicating fewer interactions in the system. A larger cutoff radius  at a fixed parameter  also reduces corrections due to weaker screening effects. As  increases, non-ideality corrections grow, reflecting stronger coupling. The results show the importance of taking into account the ion core effects in dense non-isothermal plasma research.

плотная плазмаионный остовнеизотермическая плазмапотенциал взаимодействия ионоврадиальные функции распределениятермодинамические свойстваdense plasmasion corenon-isothermal plasmasion-ion interaction potentialradial distribution functionsthermodynamic propertiesThis research has been funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan (Grant No. AP19677200).ReferencesLifshitz, E.M., and Pitaevskii, L.P. Fizicheskaya Kinetika [Physical Kinetics] (Moscow: Physmathlit, 2002), pp. 96–97. (in Russian).Lifshitz, E.M., and Pitaevskii, L.P. Fizicheskaya Kinetika [Physical Kinetics] (Moscow: Physmathlit, 2002), pp. 96–97. (in Russian).Ecker, G. Theory of Fully Ionized Plasmas (New York: Academic Press, 1972), pp. 132–134.Ecker, G. Theory of Fully Ionized Plasmas (New York: Academic Press, 1972), pp. 132–134.Ramazanov, T.S., Dzhumagulova, K.N., and Gabdullin, M.T. Effective Potentials for Ion-Ion and Charge-Atom Interactions of Dense Semiclassical Plasma. Physics of Plasmas, 17(4), 042703 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3381078.Ramazanov, T.S., Dzhumagulova, K.N., and Gabdullin, M.T. Effective Potentials for Ion-Ion and Charge-Atom Interactions of Dense Semiclassical Plasma. Physics of Plasmas, 17(4), 042703 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3381078.Ismagambetova, T.N., Moldabekov, Z.A., Amirov, S.M., et al. Dense Plasmas With Partially Degenerate Semiclassical Ions: Screening and Structural Properties. Japanese Journal of Applied Physics, 59, SHHA10 (2020). https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab75b5.Ismagambetova, T.N., Moldabekov, Z.A., Amirov, S.M., et al. Dense Plasmas With Partially Degenerate Semiclassical Ions: Screening and Structural Properties. Japanese Journal of Applied Physics, 59, SHHA10 (2020). https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab75b5.Ramazanov, T.S., Dzhumagulova, K.N., and Moldabekov, Z.A. Generalized Pair Potential Between Charged Particles in Dense Semiclassical Plasma. Physical Sciences and Technology, 1(1), 48–54 (2018). https://doi.org/10.26577/phst-2014-1-114.Ramazanov, T.S., Dzhumagulova, K.N., and Moldabekov, Z.A. Generalized Pair Potential Between Charged Particles in Dense Semiclassical Plasma. Physical Sciences and Technology, 1(1), 48–54 (2018). https://doi.org/10.26577/phst-2014-1-114.Ramazanov, T.S., Dzhumagulova, K.N., Gabdullin, M.T., Moldabekov, Z.A., and Ismagambetova, T.N. Development of Effective Potentials for Complex Plasmas. Physical Sciences and Technology, 6(3–4), 44–53 (2019). https://doi.org/10.26577/phst-2019-2-p6.Ramazanov, T.S., Dzhumagulova, K.N., Gabdullin, M.T., Moldabekov, Z.A., and Ismagambetova, T.N. Development of Effective Potentials for Complex Plasmas. Physical Sciences and Technology, 6(3–4), 44–53 (2019). https://doi.org/10.26577/phst-2019-2-p6.Ramazanov, T., and Moldabekov, Z. Dynamical collision frequency and conductivity of dense plasmas. Physical Sciences and Technology, 2(2), 53–57 (2016). https://doi.org/10.26577/2409-6121-2015-2-2-53-57.Ramazanov, T., and Moldabekov, Z. Dynamical collision frequency and conductivity of dense plasmas. Physical Sciences and Technology, 2(2), 53–57 (2016). https://doi.org/10.26577/2409-6121-2015-2-2-53-57.Ramazanov, T.S., Kodanova, S.K., Issanova, M.K., Orazbayev, S.A., and Yelubaev, D.Ye. Temperature anisotropy relaxation processes in dense plasma. Recent Contributions to Physics, 75(4), 30–36 (2020). https://doi.org/10.26577/RCPh.2020.v75.i4.04Ramazanov, T.S., Kodanova, S.K., Issanova, M.K., Orazbayev, S.A., and Yelubaev, D.Ye. Temperature anisotropy relaxation processes in dense plasma. Recent Contributions to Physics, 75(4), 30–36 (2020). https://doi.org/10.26577/RCPh.2020.v75.i4.04Pines, D., and Nozieres, P. The Theory of Quantum Liquids (New York: Benjamin, 1966), pp. 277–278.Pines, D., and Nozieres, P. The Theory of Quantum Liquids (New York: Benjamin, 1966), pp. 277–278.Ashcroft, N.W., and Stroud, D. Theory of the Thermodynamics of Simple Liquid Metals. Solid State Physics, 33, 1–81 (1977). https://doi.org/10.1016/S0081-1947(08)60468-3.Ashcroft, N.W., and Stroud, D. Theory of the Thermodynamics of Simple Liquid Metals. Solid State Physics, 33, 1–81 (1977). https://doi.org/10.1016/S0081-1947(08)60468-3.Ashcroft, W., and Mermin, N.D. Solid State Physics (Philadelphia: Saunders College Publishing, 1976), p. 764.Ashcroft, W., and Mermin, N.D. Solid State Physics (Philadelphia: Saunders College Publishing, 1976), p. 764.Ramazanov, T.S., Kodanova, S.K., Nurusheva, M.M., Issanova, M.K. Ion core effect on scattering processes in dense plasmas. Phys. Plasmas, 28, 092702 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0059297.Ramazanov, T.S., Kodanova, S.K., Nurusheva, M.M., Issanova, M.K. Ion core effect on scattering processes in dense plasmas. Phys. Plasmas, 28, 092702 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0059297.Ramazanov, T.S., Issanova, M.K., Aldakul, Y.K., Kodanova, S.K. Ion core effect on transport characteristics in warm dense matter. Phys. Plasmas, 29, 112706 (2022). https://doi.org/10.1063/5.0102528.Ramazanov, T.S., Issanova, M.K., Aldakul, Y.K., Kodanova, S.K. Ion core effect on transport characteristics in warm dense matter. Phys. Plasmas, 29, 112706 (2022). https://doi.org/10.1063/5.0102528.Ramazanov, T.S., Kodanova, S.K., Issanova, M.K., Kenzhegulov, B.Z. Influence of the ion core on relaxation processes in dense plasmas. Contrib. Plasma Phys. 64, e202300127 (2024). https://doi.org/10.1002/ctpp.202300127.Ramazanov, T.S., Kodanova, S.K., Issanova, M.K., Kenzhegulov, B.Z. Influence of the ion core on relaxation processes in dense plasmas. Contrib. Plasma Phys. 64, e202300127 (2024). https://doi.org/10.1002/ctpp.202300127.Ismagambetova, T.N., Muratov, M.M., Gabdullin, M.T., and Ramazanov, T.S. Influence of Ion Core on Structural and Thermodynamic Properties of Dense Plasma. Contributions to Plasma Physics, e70034 (2025). https://doi.org/10.1002/ctpp.70034.Ismagambetova, T.N., Muratov, M.M., Gabdullin, M.T., and Ramazanov, T.S. Influence of Ion Core on Structural and Thermodynamic Properties of Dense Plasma. Contributions to Plasma Physics, e70034 (2025). https://doi.org/10.1002/ctpp.70034.Ismagambetova, T., Muratov, M., et al. The Influence of the Ionic Core on Structural and Thermodynamic Properties of Dense Plasmas. Plasma, 7(4), 858–866 (2024). https://doi.org/10.3390/plasma7040046.Ismagambetova, T., Muratov, M., et al. The Influence of the Ionic Core on Structural and Thermodynamic Properties of Dense Plasmas. Plasma, 7(4), 858–866 (2024). https://doi.org/10.3390/plasma7040046.Hansen, J.-P., McDonald, I.R. Theory of Simple Liquids (London, UK: Academic Press, 2000), pp. 100–102.Hansen, J.-P., McDonald, I.R. Theory of Simple Liquids (London, UK: Academic Press, 2000), pp. 100–102.Gericke, D.O., Vorberger, J., et al. Screening of ionic cores in partially ionized plasmas within linear response. Phys. Rev. E, 81, 065401 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.81.065401.Gericke, D.O., Vorberger, J., et al. Screening of ionic cores in partially ionized plasmas within linear response. Phys. Rev. E, 81, 065401 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.81.065401.Moldabekov, Z.A., Dornheim, T. et al. Screening of a test charge in a free-electron gas at warm dense matter and dense non-ideal plasma conditions. Contrib. Plasma Phys., 62(2), e202000176 (2022). https://doi.org/10.1002/ctpp.202000176.Moldabekov, Z.A., Dornheim, T. et al. Screening of a test charge in a free-electron gas at warm dense matter and dense non-ideal plasma conditions. Contrib. Plasma Phys., 62(2), e202000176 (2022). https://doi.org/10.1002/ctpp.202000176.Moldabekov, Z.A., Groth, S., et al. Structural characteristics of strongly coupled ions in a dense quantum plasma. Phys Rev E, 98(2–1), 023207 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.023207.Moldabekov, Z.A., Groth, S., et al. Structural characteristics of strongly coupled ions in a dense quantum plasma. Phys Rev E, 98(2–1), 023207 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.023207.Groth, S., Dornheim, T., et al. Ab initio Exchange-Correlation Free Energy of the Uniform Electron Gas at Warm Dense Matter Conditions. Phys. Rev. Lett., 119, 135001 (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.135001.Groth, S., Dornheim, T., et al. Ab initio Exchange-Correlation Free Energy of the Uniform Electron Gas at Warm Dense Matter Conditions. Phys. Rev. Lett., 119, 135001 (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.135001.Bredow, R., Bornath, T., Kraeft, W.-D., and Redmer, R. Hypernetted Chain Calculations for MultiComponent and Non-Equilibrium Plasmas. Contributions to Plasma Physics, 53, 276–284 (2013). https://doi.org/10.1002/ctpp.201200117.Bredow, R., Bornath, T., Kraeft, W.-D., and Redmer, R. Hypernetted Chain Calculations for MultiComponent and Non-Equilibrium Plasmas. Contributions to Plasma Physics, 53, 276–284 (2013). https://doi.org/10.1002/ctpp.201200117.Kittel, C. Introduction to Solid State Physics, 8th Ed. (New York, USA: John Wiley and Sons, 2005), p. 696.Kittel, C. Introduction to Solid State Physics, 8th Ed. (New York, USA: John Wiley and Sons, 2005), p. 696.Springer, J.F., Pokrant, M.A., et al. Integral equation solutions for the classical electron gas. J. Chem. Phys., 58(11), 4863–4867 (1973). https://doi.org/10.1063/1.1679070.Springer, J.F., Pokrant, M.A., et al. Integral equation solutions for the classical electron gas. J. Chem. Phys., 58(11), 4863–4867 (1973). https://doi.org/10.1063/1.1679070.Ng, K.-C. Hypernetted chain solutions for the classical one‐component plasma up to Γ=7000. J. Chem. Phys., 61(7), 2680–2689 (1974). https://doi.org/10.1063/1.1682399.Ng, K.-C. Hypernetted chain solutions for the classical one‐component plasma up to Γ=7000. J. Chem. Phys., 61(7), 2680–2689 (1974). https://doi.org/10.1063/1.1682399.Ramazanov, T.S., Ismagambetova, T.N., et al. The Influence of the Effects of the Bound Electrons on the Ion Structural and Thermodynamic Properties. IEEE Trans. Plasma Sci., 51(5), 1208–1211 (2023). https://doi.org/10.1109/TPS.2023.3267845.Ramazanov, T.S., Ismagambetova, T.N., et al. The Influence of the Effects of the Bound Electrons on the Ion Structural and Thermodynamic Properties. IEEE Trans. Plasma Sci., 51(5), 1208–1211 (2023). https://doi.org/10.1109/TPS.2023.3267845.Isihara, A. Statistical physics (New York, United States: Academic Press, 1971), p. 287.Isihara, A. Statistical physics (New York, United States: Academic Press, 1971), p. 287.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.