The precise description of temperature relaxation in dense two-temperature plasmas remains a formidable challenge in high-energy-density physics, particularly due to the complex interplay of quantum degeneracy, strong ion correlations, and collective excitations. In this work, we present a quantum kinetic approach for effectively modeling electron–ion energy transfer. Our method incorporates the coupled mode (CM) effects arising from collective excitations via the ionic acoustic dispersion relation, and explicitly includes ion correlation effects through the static structure factor. The obtained results are in good agreement with existing CM calculations that include local field corrections. This indicates that our framework yields a description of energy relaxation in strongly coupled regimes that is comparable to these established methods. We find reasonable agreement between our model and molecular dynamics simulations for hydrogen plasmas. Additionally, an analysis of entropy production during relaxation confirms thermodynamic consistency across models while revealing differences in instantaneous entropy production rates, providing a fundamental check for nonequilibrium plasma studies. The presented model offers a physically insightful and computationally efficient tool for predicting temperature relaxation, with direct relevance to inertial confinement fusion and laboratory astrophysics.
高密度二温度プラズマにおける温度緩和の精密な記述は、高エネルギー密度物理学において依然として困難な課題であり、特に量子縮退、強いイオン相関、集団励起の複雑な相互作用に起因する。本研究では、電子–イオンエネルギー輸送を効果的にモデル化するための量子動力学的手法を提示する。本手法は、イオン音響分散関係を介した集団励起に由来する結合モード(CM)効果を組み込み、静的構造因子を通じてイオン相関効果を明示的に含む。得られた結果は、局所場補正を含む既存のCM計算とよく一致する。これは、我々の枠組みが、強結合領域におけるエネルギー緩和の記述を、これらの確立された手法と同等に与えることを示している。我々は、水素プラズマに対する分子動力学シミュレーションと本モデルの間に合理的な一致を見いだす。さらに、緩和中のエントロピー生成の解析は、モデル間の熱力学的整合性を確認するとともに、瞬間エントロピー生成率の差異を明らかにし、非平衡プラズマ研究のための基礎的な検証を提供する。提示されたモデルは、温度緩和を予測するための物理的に洞察に富み、計算効率の高いツールを提供し、慣性核融合および実験室天体物理学に直接的な関連性を持つ。