Физика плазмы (стр. 3 )

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнительные
Модуль 1. Общие свойства плазмы.
1.1.	Введение. Основные свойства плазмы.	1.Работа с учеб­ной литературой. 2.Выполнение до­машних заданий. 3.Проработка лек­ций.	Доклад-презентация	1	3	0 - 5
1.2.	Взаимодействие заряженных час­тиц в плазме.	-"-"-	-"-"-	2-3	6	0-10
1.3.	Дискретные и коллективные процессы в плазме.	-"-"-	-"-"-	4	5	0 - 5
	Всего по модулю 1:	1-4	14	0-20
Модуль 2. Плазма в электри­чес­ких и магнитных полях.
2.1.	Плазма в постоянном и пе­ре­менном электрическом поле.	-"-"-	-"-"-	5	3	0-4
2.2.	Плазма электрического разряда.	-"-"-	-"-"-	6-7	6	0-8
2.3.	Применения низкотемпературной газоразрядной плазмы.	-"-"-	-"-"-	8-9	5	0-8
2.4.	Движение заряженной частицы в магнитных полях.	-"-"-	-"-"-	10	3	0-6
2.5.	Маг­нитные ловушки.	-"-"-	-"-"-	11	3	0-4
2.6.	Высокотемпературная пол­нос­тью ионизованная плазма.	-"-"-	-"-"-	12	5	0-6
2.7.	Космическая плазма.	-"-"-	-"-"-	13	5	0-4
	Всего по модулю 2:	5-13	30	0-40
Модуль 3. Теоретическое описание плаз­мы.
3.1.	Термодинамика и статистика идеальной и слабонеидеальной плазмы.	-"-"-	-"-"-	14	6	0-10
3.2.	Физическая кинетика плазмы.	-"-"-	-"-"-	15	5	0-10
3.3.	Гидродинамическая модель плазмы.	-"-"-	-"-"-	16-17	10	0-10
3.4.	Нелинейные явления в плазме. Математическое моделирование плазмы.	-"-"-	-"-"-	18	7	0-10
	Всего по модулю 3: 14-18	28	0-40
	ИТОГО:	72	0-100

Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обес­пе­чи­ва­е­мы­ми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Темы дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1.1.

1.2.

1.3.

2.1.

2.2.

2.3.

2.4.

2.5.

2.6.

2.7.

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

1.

"Физико-химические ос­новы процессов микро - и нанотехнологий".

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

2.

"Специальные нано­тех­но­логии и нанодиагностика".

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

"Пучково-плазменные тех­нологии для кон­струк­ци­он­ных наноматериалов".

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

3.

"Плазменные эмиссионные системы".

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Содержание дисциплины.

Модуль 1. Общие свойства плазмы.

1.1. Введение. Основные свойства плазмы. Плазма в природе и в технике. Классификация плазмы. Дебаевский радиус и плазменная частота. Опре­деление понятия плазмы.

1.2.Взаимодействие заряженных частиц в плазме. Особенности взаи­мо­дей­ст­вия электрических зарядов в плазме. Экранировка плоского электрода и то­чеч­ного заряда в плазме. Дебаевская длина экранирования.

1.3. Дискретные и коллективные процессы в плазме. Жидкостный (плаз­менный) параметр. Бесстолкновительная плазма. Идеальная, неидеальная и сла­бо­не­и­де­альная плазма. Характерные параметры некоторых плазменных объ­ек­тов.

Модуль 2. Плазма в электрических и магнитных полях.

2.1. Плазма в постоянном и переменном электрическом поле. Закон Ома для плазмы. Электро­про­вод­ность плазмы. Ди­э­лек­трическая про­ни­цаемость плазмы.

2.2. Плазма электри­чес­кого разряда. Несамостоятельный и самостоятельный разряды в газе. Условия возникновения самостоятельного разряда. Виды са­мо­сто­­я­тель­ного газового разряда. Тлеющий разряд. Вольтамперная ха­рак­те­рис­ти­ка тле­ющего разряда. Применения тлеющего разряда. Искровой разряд. Искра в автомобильной све­че. Молния. Коронный разряд. Потери электроэнергии в ЛЭП из-за коронного разряда. Электрофильтрация аэрозоля с помощью ко­ронного и тлеющего разрядов. Факельный разряд. Шаровая молния. Плазма дугового разряда. Способы получения дугового разряда. Вольт­амперная ха­рак­те­рис­тика дугового разряда. Расчет характеристик элек­три­ческой дуги.

2.3. Применения низкотемпературной газоразрядной плазмы. Применения ду­­гового разряда. Электродуговая сварка. Плазмотроны и плазмохимические ре­­акторы. Плазменная обработка поверхности. Термоэмиссионные пре­об­ра­зо­ва­тели. Магнитогидродинамические генераторы. Плазменные двигатели. Плаз­­мен­ная электроника. Плазма как источник тепла. Спектральные ха­рак­те­рис­тики излучения плазмы.

2.4. Движение заряженной частицы в магнитном поле. Ларморовская ок­ружность. Циклотронная частота. Движение за­ря­жен­ной частицы в медленно изменяющемся магнитном поле. Поперечный адиабатический инвариант.

2.5. Маг­нитные ловушки. Простейшая магнитная ловушка. Маг­нит­ные зер­ка­ла (пробки). Конус потерь. Классический коэф­фи­ци­ен­т диффузии плазмы в магнитном поле. Дрейф частиц в плазме. Электрический дрейф. Градиентный дрейф. Центробежный дрейф. Формула Бома для ко­эф­фициента диффузии. Желобковая неустойчивость. Различные конструкции маг­нит­ных ловушек.

2.6. Высокотемпературная полностью ионизованная плазма. Проблема уп­рав­ляемого термоядерного синтеза. Методы удержания плазмы. Установки с зам­кнутыми плазменными конфигурациями: токамаки и стел­ла­раторы. За­маг­ни­ченность плазмы. Параметр эффективности магнитного удержания плаз­мы. Ком­пенсация дрейфа в токамаке. Лазерный термоядерный синтез. Проекты тер­моядерных ре­ак­торов.

2.7. Космическая плазма. Плазма Солнца и звезд. Солнечный ветер. Маг­ни­то­сфе­ра Земли. Ра­ди­а­ци­он­ные пояса Земли. Ионосфера Земли и планет. Маг­нит­ные бури. Полярные сияния.

Модуль 3. Теоретическое описание плазмы.

3.1. Термодинамика и статистика идеальной и слабонеидеальной плаз­мы. Распределение частиц по состояниям в замкнутой равновесной системе (рас­пределение Больцмана). Распределение Максвелла. Тер­ми­ческая ио­ни­за­ция. Урав­нение Саха. Термически неравновесная плазма.

3.2. Физическая кинетика плазмы. Функция распределения частиц в фа­зо­вом пространстве координат и импульсов. Кинетическое уравнение Больц­мана для плазмы. Уравнение Власова. Расчет ко­эф­фи­ци­ен­тов переноса.

3.3. Гидродинамическая модель плазмы. Уравнения гидродинамики для плаз­мы: уравнение непрерывности и уравнение движения. Система уравнений маг­нитной гидродинамики. Колебания, волны и неустойчивости в низко­тем­пе­ра­турной плазме.

3.4. Нелинейные явления в плазме. Математическое моделирование плаз­мы. Роль нелинейных явлений. Критерий Лайтхилла. Уравнение Кор­те­вега - де Фри­за. Солитоны. Роль математического моделирования в ис­сле­дованиях по фи­зике плазмы. Классификация моделей. Некоторые результаты мо­де­ли­ро­ва­ния (открытие Т-слоя, численное решение задач об устойчивости плазмы в установках типа "токамак").

Темы семинарских занятий.

Тема 1. Основные свойства плазмы.

Тема 2. Взаимодействие заряженных частиц в плазме.

Тема 3. Дискретные и коллективные процессы в плазме.

Тема 4. Плазма в постоянном и переменном электрическом поле.

Тема 5. Плазма электри­чес­кого разряда.

Тема 6. Применения низкотемпературной газоразрядной плазмы.

Тема 7. Движение заряженной частицы в магнитном поле.

Тема 8. Маг­нитные ловушки.

Тема 9. Высокотемпературная полностью ионизованная плазма.

Тема 10. Космическая плазма.

Тема 11. Термодинамика и статистика идеальной и слабонеидеальной плаз­мы.

Тема 12. Физическая кинетика плазмы.

Тема 13. Гидродинамическая модель плазмы.

Тема 14. Нелинейные явления в плазме. Математическое моделирование плаз­мы.

Примерные вопросы к экзамену.

1)  Определение понятия плазмы. Дебаевский радиус и плазменная частота. Классификация плазмы.

2)  Электрические поля, создаваемые плоским электродом, внесенным в плаз­му. Дебаевская длина экранирования.

3)  Электрические поля, создаваемые точечным зарядом, внесенным в плазму. Дебаевская длина экранирования.

4)  Жидкостный (плаз­менный) параметр. Бесстолкновительная плазма. Идеаль­ная, неиде­аль­ная и сла­бо­не­и­де­альная плазма.

5)  Плазма в постоянном электрическом поле. Закон Ома для плазмы. Электро­про­водность плазмы.

6)  Плазма в переменном электрическом поле. Ди­э­лек­трическая про­ни­цаемость плазмы.

7)  Плазма дугового разряда. Способы получения дугового разряда. Вольтам­пер­ная ха­рак­те­рис­тика дугового разряда.

8)  Применения дугового разряда. Плазмотроны и плазмохимические реакторы.

9)  Термоэмиссионные преобразователи.

10)Магнитогидродинамические преобразователи (МГД-генераторы).

11)Движение заряженной частицы в постоянном од­но­род­ном магнитном поле. Лар­мо­ров­с­кая окружность. Циклотронная частота.

12)Движение за­ря­жен­ной частицы в медленно изменяющемся магнитном поле. Поперечный адиабатический инвариант.

13)Маг­нитные ловушки. Простейшая магнитная ловушка ("пробкотрон"). Маг­нит­ные зер­ка­ла (пробки). Конус потерь.

14)Плазма в магнитном поле. Классический коэф­фи­ци­ен­т диффузии плазмы в магнитном поле.

15)Градиентный дрейф. Центробежный дрейф. Формула Бома для ко­эф­фи­ци­ен­та диффузии.

16)Установки с замкнутыми плазменными конфигурациями: токамаки и стел­ла­раторы. Критерий Лоусона.

17)Компенсация дрейфа и желобковой неустойчивости в установках типа токамак.

18)Плазма Солнца. Ядерные реакции в центре Солнца. Солнечный ветер.

19)Магнитосфера Земли. Ра­диационные пояса Земли. Магнитные бури. Поляр­ные сияния.

20)Формула Саха для степени ионизации плазмы.

21)Кинетическое уравнение Больцмана для плазмы.

22)Кинетическое уравнение Власова (Хартри) для плазмы.

23)Численное моделирование кинетических процессов с кулоновским взаимо­дейст­вием.

24)Гидродинамическое описание плазмы. Уравнение непрерывности.

25)Гидродинамическое описание плазмы. Уравнение движения.

26)Гидродинамическое описание плазмы. Уравнение переноса энергии.

27)Гидродинамическое описание плазмы. Уравнение баланса тепла.

28)Магнитная гидродинамика. Приближение идеальной проводимости.

29)Магнитная гидродинамика. Учет конечной проводимости.

30)Двухжидкостная модель плазмы.

31)Тензор проводимости плазмы.

32)Система уравнений, описывающая магнитогидродинамические волны в плазме.

33)Альфвеновские магнитогидродинамические волны.

34)Численное моделирование магнитогидродинамических процессов.

Образовательные технологии.

В процессе изучения дисциплины "Физика плазмы" предусматривается использование в учебном процессе следующих форм проведения занятий:

-  лекции,

-  практические занятия (семинары) с использованием активных и интер­активных форм (доклады студентов, разбор конкретных ситуаций, мастер-классы экспертов и специалистов с целью формирования и развития про­фессиональных навыков студентов).

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная литература.

1. Франк-Каменецкий по физике плазмы. - М.: Интеллект, 20с.

2. Кингсеп в нелинейную физику плазмы. - М.: МЗ Пресс, 2004.

3. Энциклопедия низкотемпературной плазмы/Продолжающееся издание, Гл. ред. - М.: Наука, 2000 и далее.

Дополнительная литература.

1. Смирнов в физику плазмы. - М.: Наука, 1982.

2. Кислицын плазмы: Учебно-методический комплекс. - Тюмень, Изд-во ТюмГУ, 20с.

Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.

Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием.

Дополнения и изменения к рабочей программе на 201 / 201 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры Микро- и нанотехнологий « »_______________201 г.

Заведующий кафедрой ___________________/___________________/

О.