МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Профиль(и) подготовки: Термоядерные реакторы и плазменные установки

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ

И ПЛАЗМЕННЫЕ УСТАНОВКИ"

Цикл:

профессиональный

Часть цикла:

по выбору

№ дисциплины по учебному плану:

Б

Часов (всего) по учебному плану:

108

Трудоемкость в зачетных единицах:

3

8 семестр - 3

Лекции

30 часов

8 семестр

Практические занятия

15 часов

8 семестр

Лабораторные работы

--

Расчетные задания, рефераты

20 часов самост. работы

8 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

63 часа

8 семестр

Экзамены

--

Курсовые проекты (работы)

--

Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является ознакомление студента с методами и способами решения физико-технических проблем, возникающих при использовании высоко - и низкотемпературной плазмы в современных электрофизических установках.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

·  к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

·  к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12);

·  анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);

·  к проведению физического и численного эксперимента, к разработке с этой целью соответствующих экспериментальных стендов (ПК-12);

·  к участию в планировании монтажно-наладочных работ по вводу в эксплуатацию оборудования и проведении приемо-сдаточных испытаний оборудования (ПК-17);

·  выбирать оборудование для замены в процессе эксплуатации и оптимальные режимы его работы (ПК-19).

·  к участию в разработке методов прогнозирования количественных характеристик процессов, протекающих в конкретных технических системах на основе существующих методик (ПК-11).

Задачами дисциплины являются:

·  осуществить связь теоретических знаний студента о свойствах высоко - и низкотемпературной плазмы с практическими методами применения плазмы;

·  ознакомить студентов с основными физическими принципами работы современных установок по исследованию свойств и поведения плазмы, созданных и разрабатываемых в целях реализации программы управляемого термоядерного синтеза;

·  научить основным методам экспериментального исследования высоко - и низкотемпературной плазмы, ее взаимодействия с поверхностью;

·  дать информацию о методах моделирования электрических и магнитных полей, создаваемых в установках управляемого термоядерного синтеза;

·  научить принципам построения инжекторов термоядерных установок на основе положительных и отрицательных ионов;

·  познакомить студентов с действующими термоядерными установками;

·  дать информацию о методах диагностики плазмы на действующих установках.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к части по выбору профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю “Термоядерные реакторы и плазменные установки” направления 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Элементарные процессы в плазме», «Управляемый термоядерный синтез», «Основы конструирования плазменных установок и устройств».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин программы магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

    основные понятия физики плазмы и методы ее экспериментального и теоретического исследования (ПК-2, ПК-3);

·  основные источники научно-технической информации по физике плазмы (ОК-7, ПК-4);

    методы планирования и выполнения экспериментальных исследований и создания на их основе экспериментальных установок (ПК-9); методы проектирования электрофизических и плазменных установок и основное оборудование термоядерных электростанций (ПК-17, ПСК-1);

Уметь:

·  самостоятельно оценивать физико-технические характеристики применяемой высоко - и низкотемпературной плазмы (ПСК-1, ПСК-2);

·  проводить физический и численный эксперимент, разрабатывать с этой целью соответствующие экспериментальные стенды и программы расчета (ПК-3);

·  выполнять расчеты количественных характеристик процессов, протекающих в термоядерном реакторе на основе существующих методик (ПК-8, ПСК-1);

·  применять фундаментальные знания для решения задач применительно к реальным процессам (ПК-2);

·  осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию (ПК-4).

Владеть:

·  методами проведения численных исследований, обработки и анализа их результатов (ПК-10, ПСК-5);

·  навыками проведения численного эксперимента, разработки с этой целью соответствующих программ расчета (ПК-3, ПК-5);

    аналитическими и численными методами расчетов плазмофизических процессов (ПСК-1); методами обработки экспериментальных данных (ПК-10); навыками дискуссии по плазменной тематике (ОК-12); терминологией в области физики плазмы (ОК-2).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

№

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Реакции термоядерного синтеза, представляющие интерес для УТС и способы их осуществления

10

8

4

6

Тест на знание терминологии

2

Расчет энергии и потоков заряженных частиц

11

8

4

1

6

Тест на знание терминологии

3

Расчет магнитной термоизоляции

10

8

2

2

6

Тест: основные параметры

4

Расчет различных систем магнитного удержания плазмы

12

8

4

2

6

Контрольная работа

5

Токамаки и стеллараторы

38

8

6

4

28

Расчетное задание

6

Решение проблем неустойчивости

14

8

6

4

4

Контрольный опрос

7

Расчет примесей и способов их удаления

9

8

4

5

Контрольный опрос

Зачет

4

2

2

Устный опрос по билетам

Экзамен

--

Итого:

108

30

15

63

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1. Реакции термоядерного синтеза, представляющие интерес для УТС

и способы их осуществления

Сечения, энергетические зависимости. Критерии горения. Варианты бланкета: Т-воспроизводящий, гибридный. Инерциальный синтез: Н-бомбы, «адиабатические мишени», лазерный синтез, прямое сжатие, hohl raum - модель. Неустойчивость Реллея-Тейлора.

2. Расчет магнитной термоизоляции

Радиус Лармора, Дебая, ленгмюровский слой, кулоновские столкновения, длины пробегов, сечения рассеяния, сравнение с сечениями синтеза.

3. Расчет энергии и потоков заряженных частиц.

Энергия и потоки заряженных частиц, падающих из плазмы на стенку термоядерных установок без или вдоль магнитного поля. Поперечный перенос. Сравнение. Критика пролетотрона. Поперечный магнитный инвариант. Открытые ловушки. Конус потерь.

4. Расчет различных систем магнитного удержания плазмы

Удержание частиц. Роль столкновений: установление распределения Максвелла, выравнивание температур ионов и электронов. Рекуперация энергии частиц, уходящих в торцы открытых магнитных ловушек. Основные виды плазменных неустойчивостей в открытых ловушках. Принцип min B – локальный и “в среднем” для открытых и замкнутых магнитных ловушек. Предельные nt в открытых ловушках. Замкнутые магнитные ловушки. Тороидальный дрейф, потери частиц в простом торе.

5. Токамаки и стеллараторы

Предельные nt в токамаках, стеллараторах, тороидальных пинчах. Тороидальный дрейф, вращательное преобразование, запас устойчивости, магнитные и дрейфовые поверхности. Создание магнитной конфигурации токамака и стелларатора. Диверторные конфигурации.

6. Решение проблем неустойчивости

Неоклассическая электропроводность. Бутстрэп-ток. Неоклассическое пинчевание. МГД- неустойчивости токамака. Винтовые неустойчивости: идеальная, диссипативная (тиринг), баллонная. Магнитные острова. Пределы по q. Неустойчивости срыва: внутренний, предсрыв, срыв. Неоклассические острова. Диаграмма Хьюгелла. Способы нагрева плазмы в токамаке и стеллараторе. Реальная термоизоляция, электронный и ионный перенос.

7. Расчет примесей и способов их удаления

Источники примесей в плазменных установках. Основные последствия присутствия примесей в плазме. Поведение примесей в замкнутых системах. Собирание примесей к центру. Экранирование в области разрушенных магнитных поверхностей: легкие и тяжелые примеси, пределы по ne. Удаление примесей. Понятие о методах подготовки стенок плазменных установок: очистка, боронизация, бериллизация. Проблемы диверторных пластин. Радиационный бланкет.

4.2.2. Практические занятия

№1  Основные функциональные узлы крупных плазменных установок РНЦ «Курчатовский институт»: Т-10, Т-15.

№2  Японский Токамак JT-60U.

№3  Практические вычисления характерных плазменных параметров.

№4  Расчет плазменных потерь в простом торе.

№5  Расчет доли захваченных частиц в открытой ловушке.

№6  Методы измерения плотности электронов и ионов.

№7  Измерения плазменных флуктуаций. Методы измерения вращения плазмы.

№8  Зачетное занятие.

4.3. Лабораторные работы

Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены

4.4. Расчетные задания

№1. Расчет параметров плазменной диагностики (индивидуальное задание).

№2. Расчет параметров плазменной установки (индивидуальное задание).

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество видео - и фотоматериалов.

Практические занятия кроме традиционной формы (решение задач на вычисление конкретных плазменных параметров в различных экспериментальных электрофизических плазменных установках) включают знакомство с действующими термоядерными установками Российского научного центра «Курчатовский институт»

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, выполнение расчетного задания и подготовку к его к защите, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, расчетное задание.

Аттестация по дисциплине – зачет

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на зачете.

В приложение к диплому вносится оценка за 8 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1.  . Основы физики плазмы. М.: ФИЗМАТЛИТ 2009.

2.  К. Миямото. Основы физики плазмы и управляемого синтеза. М.:Физматлит,2008.

3.  . Введение в плазмодинамику. М.: Физматлит, 2008.

4.  , . Горячая плазма и управляемый синтез. М.: Наука, 1999.

5.  Ф. Чен. Введение в физику плазмы. М.: Мир, 1987.

б) дополнительная литература:

1.  и др. Инжекторы быстрых атомов водорода. М.: Энергоиздат, 1981, 168с.

2.  Физические процессы в плазме токамаков. М.: Атомэнергоиздат, 1983.

3.  Амбиполярные открытые ловушки. ВИНИТИ Итоги науки и техники, Т.8, 1988.

4.  Теория плазмы М. Энергоатомиздат 1996.

5.  Адиабатические магнитные ловушки. ВИНИТИ Итоги науки и техники. 1998, Физика плазмы т1 ч1 с119-165.

6.  Лазерный термоядерный синтез Там же с165-231.

7.  . Коллективные явления в плазме. М.: Наука,1988, 304 с.

8.  . Экспериментальные исследования на стеллараторах. ВИНИТИ Итоги науки и техники, 1981, Т.2, с 6-80.

9.  . Основы МГД-теории стеллараторов. ВИНИТИ Итоги науки и техники, 1993, Т.13, с. 13-84

10.  , , . Основы выбора параметров реактора-токамака. ВИНИТИ Итоги науки и техники, 1993, Т.13, с 128-185.

11. Электронный конспект лекций " Дополнительные материалы" – 2009.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www. *****

http://www. *****

http://www. *****

http://www. ioffe. *****/pti_ppap. html

wwwofe. er. doe. gov

http://lost. pfc. mit. edu

www. pppl. gov

http://FusionEd.

http://www. nifs. ac. jp

http:/www. fusion. org. uk

http:/www. ipp. mpg. de

http:/www-fusion-magnetique. cea. fr

б) другие:

кинофильм: «Зарубежные токамаки»

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и профилю «Термоядерные реакторы и плазменные установки».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к. т.н., профессор кафедры Общей физики и ядерного синтеза

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ОФиЯС

д. т.н., профессор