Фано россии



Скачать 156.84 Kb.
Дата31.07.2016
Размер156.84 Kb.
ТипЛекции


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО НАУЧНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ

(ФАНО РОССИИ)

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН)

Принято на Ученом совете

ОИВТ РАН


Протокол №2 от 29.06.2015

«Утверждаю»

Директор ОИВТ РАН

______________ академик Фортов В.Е.

«______»______________2015 год




РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины



«Физические свойства плазмы»

направление подготовки: «Физика и астрономия» код 03.06.01

(направленность – Физика плазмы)
Квалификация

Исследователь, преподаватель-исследователь

Москва


2015



ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И ВИДЫ ОТЧЁТНОСТИ.

Вариативная часть, в т.ч.:

4 зач. ед.

Лекции

32 часов

Практические занятия

нет

Лабораторные работы

нет

Индивидуальные занятия с преподавателем

нет

Самостоятельные занятия

88 часов

Итоговая аттестация

диф. зачет 2 курс – 8 часов,

экзамен 3 курс – 16 часов

ВСЕГО

4 зач. ед., 144 часа

  1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Цель дисциплины – Целью освоения дисциплины «Физические свойства плазмы» является изучение базовых свойств плазмы как одного из видов агрегатного состояния вещества с дальнодействующим кулоновским взаимодействием между заряженными компонентами плазмы.

Задачами данного курса являются:

  • формирование представления о плазме в природе и лаборатории, как об отдельном агрегатном состоянии, изложение базовых понятий о плазме, таких как плазменная частота, экранировка зарядов, влияние слабых кулоновских воздействий на процессы переноса в плазме;

  • изучение влияния на плазму постоянных и импульсных электрических и магнитных полей;

  • рассмотрение возникновения волн и неустойчивостей в плазме;

  • рассмотрение примеров низкотемпературной плазмы в газовых разрядах разных типов.

  1. Место дисциплины в структуре ООП АСПИРАНТУРЫ

Дисциплина «Физико-химические процессы в газоразрядной плазме» относится к вариативной части цикла Б.1.В.ОД.2 кода УЦ ООП и принадлежит к типу «b» по характеру освоения, т.е. должна быть освоена аспирантом обязательно, но не обязательно в период обучения, отмеченный в базовом учебном плане.

  1. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Освоение дисциплины «Физико-химические процессы в газоразрядной плазме» направлено на формирование следующих универсальных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций:

а) универсальные (УК):

  • способность к критическому анализу и оценке современных научных достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных областях (УК-1)

  • готовность участвовать в работе российских и международных исследовательских коллективов по решению научных и научно-образовательных задач (УК-3).

  • способность планировать и решать задачи собственного профессионального и личностного развития (УК-5).

б) общепрофессиональные (ОПК)

  • способность самостоятельно осуществлять научно-исследовательскую деятельность в соответствующей профессиональной области с использованием современных методов исследования и информационно-коммуникационных технологий (ОПК-1)

в) профессиональные (ПК)

  • способность к самостоятельному проведению научно-исследовательской работы и получению научных результатов, удовлетворяющих установленным требованиям к содержанию диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук по направленности «Физика плазмы» (ПК-2)

  1. конкретные Знания, умения и навыки, формируемые в результате освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины «Физико-химические процессы в газоразрядной плазме» обучающийся должен:

    1. Знать:

  • базовые понятия и законы физики плазмы (плазменная частота, электронейтральность, плазменная экранировка, неизотермическая плазма, амбиполярная диффузия, кулоновское рассеяние, уравнение Саха, расходимость статистической суммы и методы ее ограничения, проводимость плазмы);

  • порядки численных величин, характерные для различных плазменных объектов;

  • направленное и хаотическое движение частиц в плазме, потери импульса при взаимодействии с нейтральными и заряженными частицами;

  • основные каналы рождения и гибели заряженных частиц;

  • основные виды волн и неустойчивостей в плазме;

  • электрический пробой низкотемпературной плазмы в газовых разрядах разных типов.

    1. Уметь:

  • производить численные оценки плазменной частоты, длины дебаевской экранировки, степени ионизации в равновесной изотермической плазме, частот рекомбинации и ионизации, длины пробега для потери начального импульса;

  • абстрагироваться от несущественного при моделировании физических процессов в плазме, правильно учитывать вклад основных процессов ионизации и потерь заряженных частиц;

  • пользоваться своими знаниями для решения фундаментальных, прикладных и технологических задач;




    1. Владеть:

  • методами расчета степени ионизации в изотермической плазме на основе уравнения Саха;

  • методами расчета длин свободного пробега и потери импульса;

  • методами расчета электропроводности слабоионизованной и полностью ионизованной плазмы;

  • методами нахождения дисперсионных уравнений для волн и инкрементов неустойчивостей для колебаний;

  • навыками постановки физических задач в области физики плазмы;

  1. Структура и содержание дисциплины

Структура дисциплины

Перечень разделов дисциплины и распределение времени по темам

№ темы и название

Количество часов

1. Общие понятия о плазме. Элементарные процессы в плазме.

37

2. Кинетическое и гидродинамическое приближения в плазме. Пробой в газах.

55

3. Неустойчивости в плазме.

28

ВСЕГО (часов)

120

Вид занятий

Лекции:

№ п.п.

Темы

Трудоёмкость в зач. ед.

(количество часов)



1

Общие сведения о плазме

2

2

Ионизационное равновесие

2

3

Элементарные процессы в плазме

2

4

Рекомбинация в плазме

2

5

Процессы релаксации в плазме

3

6

Гидродинамическая модель плазмы

2

7

Плазма во внешнем поле

3

8

Магнитогидродинамическая модель плазмы

4

9

Различные механизмы пробоя в плазме. Пробой при низком давлении

3

10

Пробой при высоком давлении

3

11

Неустойчивости плазменного шнура и газового разряда

3

12

Пучковая неустойчивость и нелинейные эффекты

3

ВСЕГО (часов)

32 часа

Лабораторные занятия: нет

Самостоятельная работа:

№ п.п.

Темы

Трудоёмкость

(количество часов)



1

- изучение теоретического курса – выполняется самостоятельно каждым студентом по итогам каждой из лекций, результаты контролируются преподавателем на лекционных занятиях, используются конспект (электронный) лекций, учебники, рекомендуемые данной программой, методические пособия.

32 часа

2

- решение задач по заданию преподавателя– решаются задачи, выданные преподавателем по итогам лекционных занятий и сдаются в конце семестра, используются конспект (электронный) лекций, учебники, рекомендуемые данной программой, а также сборники задач, включая электронные, учебно-методические пособия.

56 часов

3

-подготовка к зачету и экзамену

24 часа

ВСЕГО (часов)

112 часов

Содержание дисциплины

п/п


Название

модулей


Разделы и темы лекционных занятий

Содержание

Объем

Аудиторная работа (зачетные единицы/часы)

Самостоятельная работа (зачетные единицы/часы

1

I

Общие понятия о плазме. Элементарные процессы в плазме



Общие сведения о плазме


Введение. Понятие плазмы. Плазма в природе и лаборатории. Плазменная частота. Экранировка зарядов и дебаевская длина экранирования (Теория Дебая-Хюккеля). Идеальность плазмы, критерии неидеальности. Диаграмма состояний плазмы в различных условиях. Классификация плазмы: высоко- и низко-температурная, изотермическая, разрядная и т.д. Примеры плазмы. Генераторы плазмы.

2

6

2

Ионизационное равновесие

Изотермическая (равновесная) плазма. Уравнение Саха. Расходимость статистических сумм атома, методы ограничения статистических сумм в плазме. Снижение потенциала ионизации.

2

6

3

Элементарные процессы в плазме

Элементарные процессы в плазме. Понятие сечения. Упругие столкновения частиц, частота упругих соударений и транспортная частота. Неупругие столкновения. Возбуждение, метастабильные частицы. Диссоциация. Резонансная перезарядка. Ионизация электронным ударом. Ионизационные процессы при столкновении атомов и молекул в основном и возбужденном состояниях, реакция Пенинга, ассоциативная ионизация. Ступенчатая ионизация атома электронным ударом. Фотоионизация.

2

6

4

Рекомбинация в плазме

Парная рекомбинация положительного и отрицательного ионов. Прилипание электрона. Диссоциативная рекомбинация электрона и молекулярного иона. Тройная рекомбинация электронов и ионов. Тройная рекомбинация положительных и отрицательных ионов в газе. Кинетические уравнения образования и гибели. Уравнение диффузии.

2

6

5

Процессы релаксации в плазме

Кулоновские столкновения. Кулоновский логарифм. Кулоновское сечение и частота потери направленного импульса. Время максвеллизации и выравнивания энергии в при электрон-электронных и электрон-ионных взаимодействиях.

3

8

6

II

Кинетическое и гидродинамическое приближения в плазме. Пробой в газах



Гидродинамическая модель плазмы

Два различных подхода при рассмотрении плазмы: плазма как система взаимодействующих частиц и плазма как сплошная проводящая среда. Основные модели плазмы: кинетическая и гидродинамическая. Двухжидкостная гидродинамическая модель. Примеры применения гидродинамической модели, вывод плазменных колебаний, поляризации плазмы, диэлектрической проницаемости.

2

6

7

Плазма во внешнем поле

Плазма во внешнем электрическом поле. Движение электронов и ионов в газе во внешних полях. Дрейф и подвижность электронов и ионов в постоянном электрическом поле. Электропроводность частично и полностью ионизованной плазмы. Средняя энергия электронов в газе, находящемся во внешнем поле. Неизотермическая плазма. Баланс энергий в плазме. Свободная и амбиполярная диффузия заряженных частиц.

3

8

8

Магнитогидродинамическая модель плазмы

Плазма как проводящая жидкость. "Вмороженность" магнитного поля в плазму. Дрейф в скрещенных полях. Диффузия магнитного поля в плазме. Волновые свойства плазмы. Альфвеновские волны и магнитный звук. Прохождение поперечных электромагнитных волн через плазму, явление “отсечки”.

4

10

9

Различные механизмы пробоя в плазме. Пробой при низком давлении

Ионизационное размножение, лавина. Электрический пробой газов. Таунсендовский механизм пробоя, ионизационные коэффициенты. Закон Пашена. Пробой в переменных электромагнитных полях (ВЧ и СВЧ разряды). Самостоятельные и несамостоятельные разряды. Тлеющий разряд. Дуговой разряд.

3

8

10

Пробой при высоком давлении


Пробой при высоком давлении газа. Стример. Пробой длинных промежутков. Стример в длинных промежутках, лидер, искровой канал. Линейная молния. Ступенчатый и стреловидный лидер, возвратный удар, гром. Шаровая молния. Прохождение электронного пучка через вакуум, плазму и газ.

3

8

11

III

Газоразрядные методы генерации плазмы



Неустойчивости плазменного шнура и газового разряда

Нелинейные явления и неустойчивости в плазме. Виды неустойчивостей плазмы. Неустойчивость плазменного шнура в магнитном поле (перетяжки и изгибы), стабилизация внешним магнитным полем. Ионизационно-перегревная неустойчивость газового разряда, контракция газового разряда, методы стабилизации. Роль нелинейных явлений в плазме. Взаимодействие плазменных колебаний с электронами плазмы. Парадокс Ленгмюра, затухание Ландау.

3

8

12

Пучковая неустойчивость и нелинейные эффекты

Пучковая неустойчивость. Буннемановская (двухпотоковая) неустойчивость. Уединенные волны. Солитоны и автоволны. Уравнение Кортевега-де-Вриза. Ленгмюровский солитон в плазме. Нелинейный ионный звук. Эффект Гана.

3

8



  1. Образовательные технологии

    № п/п

    Вид занятия

    Форма проведения занятий

    Цель

    1

    лекция

    Изложение теоретического материала

    получение теоретических знаний по дисциплине

    2

    интерактивная лекция

    Изложение теоретического материала с помощью презентаций

    повышение степени понимания материала

    3

    лекция

    Решение задач по заданию (индивидуальному где требуется) преподавателя – готовится ответы на вопросы, выданные (индивидуально и коллективно) преподавателем в процессе лекционных занятий и обсуждаются с участием всех слушателей, используются конспект (электронный) лекций, учебники, рекомендуемые данной программой, а также учебно-методические пособия

    осознание связей между теорией и практикой, а также взаимозависимостей разных дисциплин

    4

    самостоятельная работа студента

    подготовка к экзамену

    повышение степени понимания материала

  2. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Контрольно-измерительные материалы

Перечень контрольных вопросов для сдачи дифференцированного зачета и экзамена.

  1. Плазма в природе и лаборатории.

  2. Плазменная частота.

  3. Экранировка зарядов и дебаевская длина экранирования.

  4. Уравнение Саха.

  5. Расходимость статистических сумм, методы ограничения статистических сумм в уравнении Саха.

  6. Упругие столкновения частиц. Сечение и частота упругих соударений и передачи импульса.

  7. Кулоновские столкновения.

  8. Основные элементарные процессы в плазме: ионизации, рекомбинации, диффузии.

  9. Образование и рекомбинация заряженных частиц в плазме.

  10. Двухжидкостная гидродинамическая модель плазмы. Примеры.

  11. Дрейф и подвижность электронов и ионов в постоянном электрическом поле.

  12. Электропроводность частично ионизованной плазмы.

  13. Электропроводность полностью ионизованной плазмы.

  14. Средняя энергия электронов в газе, находящемся во внешнем поле.

  15. Неизотермическая плазма. Баланс энергий в плазме.

  16. Амбиполярная диффузия заряженных частиц.

  17. Вмороженность магнитного поля в плазму.

  18. Диффузия магнитного поля в плазме.

  19. Прохождение электронного пучка через газ и плазму.

  20. Ионизационное размножение, лавина. Пробой газов низкого давления.

  21. Таунсендовский механизм пробоя, ионизационные коэффициенты.

  22. Закон Пашена для пробоя газов.

  23. Пробой газов при высоком давлении. Самоторможение лавин. Стример.

  24. Стример в длинных промежутках, стримерная корона, лидер, искровой канал.

  25. Молния. Шаровая молния и ее модели.

  26. Пробой в высокочаcтотном поле. Оптический пробой.

  27. Тлеющий разряд. Структура тлеющего разряда, катодный слой, положительный столб. Теория Шоттки.

  28. Изотермическая (равновесная) плазма. Электрическая дуга.

  29. Альфвеновские волны.

  30. Ионный звук.

  31. Прохождение поперечных электромагнитных волн через плазму, “отсечка”.

  32. Виды неустойчивостей плазмы.

  33. Ионизационно-перегревная неустойчивость. Контракция газового разряда.

  34. Взаимодействие плазменных колебаний с электронами плазмы. Парадокс Ленгмюра. Затухание Ландау.

  35. Пучковая неустойчивость.

  36. Буннемановская неустойчивость.

  37. Солитоны. Уравнение Кортевега-де Вриза.

  38. Ленгмюровский солитон в плазме.



  1. Материально-техническое обеспечение дисциплины

    1. Необходимое оборудование для лекций и практических занятий: компьютер и мультимедийное оборудование (проектор, звуковая система), доступ к сети Интернет

    2. Электронные ресурсы, включая доступ к базам данных

    3. 1. Курс лекций «Физика плазмы», http://www.inp.nsk.su/chairs/plasma/sk/fpl.ru.shtml




  1. Наименование возможных тем курсовых работ

Учебным планом не предусмотрены

  1. ТЕМАТИКА И ФОРМЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ

Учебным планом не предусмотрены

  1. ТЕМАТИКА ИТОГОВЫХ РАБОТ

Учебным планом не предусмотрены


  1. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплинЫ



Основная литература.

  1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Интеллект, 2009.

  2. Фортов В.Е., Храпак А.Г., Якубов И.Т. Физика неидеальной плазмы. М.: Физматлит, 2010.

  3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том VIII. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2003


Дополнительная литература.

  1. Райзер Ю.П. Основы современной физики газоразрядных процессов. М.:Наука, 1980.

  2. Биберман Л.М., Воробьев В.С., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М: Hаука, 1982.

  3. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Искровой разряд. МФТИ, 1997.

  4. Диагностика плазмы. Под ред. Хаддлстоуна, 1977, М.: ИЛ, 360 с

Программу составил



________________профессор, д.ф.–м.н. Л.М.Василяк,

«___»__________2015 г.


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница