氢和氦的物理性质是惯性约束聚变(ICF)研究中的基础内容,它们对靶结构的设计、流体力学不稳定性的研究和点火过程的理解起着重要作用。目前,从理论和实验可以得到氢和氦在低压区P < 100GPa的性质。然而,随着压强和温度的增大,量子力学效应加强,传统自由能理论模型遇到了困难,实验上压强也只能达到100GPa附近,目前氢和氦在中等压强区域102 < P < 106GPa内的物理性质还缺乏相关的研究,因此需要用新的方法从量子力学角度来研究氢和氦的在中等压强区域的性质。在实验上,由于激光功率密度高,具有很多优势,逐渐成为国外在实验室研究低Z物质状态方程的新的实验方法,为了国内的实际需要,有必要开展利用激光研究物质的高压性质的实验探索。因此本文首先用第一原理分子动力学从量子力学角度“从头计算“(ab initio)研究了氢和氦在中等压强内的性质,然后开展了利用KrF激光研究物质高压性质的实验探索。主要工作如下:1、利用第一原理分子动力学,研究了氢、氦及其混合物在中等压强区的物理性质。得到的状态方程数据与极高压Thomas-Fermi数据和低压实验数据光滑衔接。并从量子力学角度研究了氢和氦在中等压强区的熔化曲线、传输系数、金属-非金属转变等性质。2、通过改进算法和应用方法,结合了有限温度密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD),建立了用第一原理分子动力学研究物质在高密度区和高温区的物理性质的方法;同时编写程序,利用第一原理分子动力学的“从头计算”优势,完善了从第一原理出发研究低Z物质高压热力学性质的框架。3、利用KrF激光初步研究了含氘钛靶的状态方程,并分析了实验误差的主要来源。本文通过方法上和应用上的创新,从头计算研究了氦和氦在中等压强区的性质,系统地分析了电子简并度和等离子体耦合参数对氢和氦物理性质的影响,首次直接得到了氢和氦在中等压强内的状态方程数据,指出高压下温度降低了物质发生非金属-金属转变的压强。第一次分析了氢的熔化曲线、离解曲线和金属化曲线的关系。通过对混合物的研究,指出了线性混合模型在高压下存在较大的误差。在实验上,初步得到了含氘材料的状态方程数据。