ускорителей ионных пучков»
Рабочая программа дисциплины
1. Физические основы вакуумных устройств и ускорителей ионных пучков
2. Лекторы.
2.1.. Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Миннебаев Кашиф Файзелхакович, кафедра физической электроники физического факультета МГУ, *****@***msu. ru,, +7(495)939 19 79
2.2. Кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник, , кафедра физической электроники физического факультета МГУ, *****@***msu. ru, +7(495)939 29 89
3. Аннотация дисциплины.
В курсе лекций рассматриваются важнейшие сведения о физике и технике высокого вакуума. Предварительно излагаются необходимые сведения по физике разреженных газов, кинетической теории и взаимодействию между твердыми телами и соприкасающимся с ними газами. Рассмотриваются фундаментальные аспекты процесса откачки вакуумной системы, течения газа, процессов сорбции и десорбции на поверхности твердого тела. В рамках данного курса будут рассмотрены методы и принципы построения вакуумных систем различного типа. Будут рассмотрены элементы вакуумных систем : вакуумные насосы, измерители полного и парциального давления и описаны принципы их функционирования.
Во второй части курса рассматриваются физические основы и принципы работы ускорителей ионов. Обсуждаются различные виды ионов и различные диапазоны их энергий, используемые для решения научных и технологических задач. Приводятся основные методы генерации ионов, принципы их ускорения, а так же транспортировки и диагностики ионных пучков.
4. Цели освоения дисциплины.
Овладеть современными профессиональными знаниями в области техники высокого вакуума и установок по ускорению ионных пучков, научиться решать возникающие в этой области задачи.
5. Задачи дисциплины.
Изучение принципов работы и получение опыта практического использования элементов техники высокого вакуума и ускорительных установок.
6. Компетенции.
6.1. Компетенции, необходимые для освоения дисциплины.
6.2. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины.
М-ОНК-2, М-ИК-2, М-ИК-3, М-ПК-1, М-ПК-2, М-ПК-3, М-ПК-5, М-ПК-6.
7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен знать и понимать принцип работы техники высокого вакуума; владеть навыками разработки вакуумных систем; понимать принципы построения ускорения ионных частей и физические основы функционирования их узлов и систем.
8. Содержание и структура дисциплины.
Вид работы | Семестр | Всего |
3 | ||
Общая трудоёмкость, акад. часов | 72 | 72 |
Аудиторная работа: | 36 | 36 |
Лекции, акад. часов | 36 | 36 |
Семинары, акад. часов | ||
Лабораторные работы, акад. часов | ||
Самостоятельная работа, акад. часов | 36 | 36 |
Вид итогового контроля (зачёт, зачёт с оценкой, экзамен) | зачет |
N | Наименование | Структура и содержание дисциплины | Форма | |
Аудиторная работа | Самостоятельная работа | |||
Лекции | Семинары | |||
1 | Введение. Физика вакуума. Свободные газы. | 2 ак. ч. Понятие о вакууме. Газовые законы. Фазовые переходы. Давление насыщенных паров. Кинетическая теория газов. Распределение Максвелла. Явления переноса. Диффузия, теплопроводность, вязкость газов. Течение газа. Проводимость отверстий, каналов. Электрические явления в вакууме. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
2 | Связанные газы. Сорбционные явления | 2 ак. ч. Сорбционные силы и процессы. Силы Ван-Дер-Ваальса. Физическая адсорбция. Химическая адсорбция | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
2 ак. ч. Растворимость газов в твердых телах. Диффузия газов в твердых телах. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | |||
3 | Методы получения вакуума. | 2 ак. ч. Основы процесса откачки. Обьемная откачка. Молекулярная откачка. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
2 ак. ч. Пароструйная откачка. Ионно-сорбционная откачка. Криогенная откачка. Ловушки | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | |||
4 | Вакуумные измерения. | 4 ак. ч. Классификация методов и приборов для измерения давления. Механические преобразователи. Тепловые преобразователи. Электронные преобразователи. Измерение парциальных давлений. Способы определения течи. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
5 | Вакуумные системы. | 2 ак. ч. Вакуумные системы. Обзор современного состояния вакуумных технологий | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
6 | Основные сведения об ускорителях ионных пучков. | 2 ак. ч. Процессы при столкновении иона с поверхностью. Задачи, решаемые с помощью ускорителей ионов. Различные виды ускоряемых ионов: атомарные и молекулярные ионы, многозарядные ионы, кластерные ионы. Основные принципы построения ускорителей ионов. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
7 | Источники ионов. | 2 ак. ч. Источники атомарных и молекулярных ионов. Газовые и твердотельные источники. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
4 ак. ч. Физика многозарядных ионов. Источники многозарядных ионов. Физика кластерных ионов. Источники газовых и твердотельных ионов. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР | ||
8 | Принципы ускорения и транспортировки ионных пучков. | 4 ак. ч. Принципы ускорения ионов. Типы ускорителей: каскадный, тандетрон, Ван-де-Граафа, циклотрон, синхротрон. Роль пространственного заряда. Фокусировка в электростатическом и магнитном полях. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
9 | Сепарация ионных пучков по массе и энергии. | 2 ак. ч. Устройства сепарации ускоренных ионов по энергиям и массам и их характеристики. Магнитный сектор. Фильтр Вина. Квадрупольный масс-фильтр. Времяпролетный фильтр. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
10 | Диагностика ионных пучков. | 2 ак. ч. Диагностика ионных пучков. Измерение тока пучка: цилиндр Фарадея, калориметрический метод, трансформаторный метод. Измерение профиля пучка. Измерения в фазовом пространстве. Измерение массы, энергии и среднего заряда кластерных ионов. | 2 часа. Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. | ДЗ, КР |
9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
10. Образовательные технологии
- дискуссии, круглые столы, использование средств дистанционного сопровождения учебного процесса, преподавание дисциплин в форме авторских курсов по программам, составленным на основе результатов исследований научных школ МГУ. демонстрация оборудования, используемого в экспериментальной деятельности физического факультете МГУ
11. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Перечень вопросов:
Понятие о вакууме и давлении. Газовые законы. Частота соударений газа с поверхностью. Распределение Максвелла. Средняя длина свободного пути. Понятие о степенях вакуума. Сорбционные явления в вакууме. Энергия взаимодействия. Силы Ван-Дер-Ваальса. Время адсорбции. Конденсация и испарение. Адсорбция газов и паров. Растворимость газов в твердых телах. Степени покрытия поверхности. Процессы переноса. Вязкость газов. Перенос теплоты в вакууме. Диффузия в газах. Режимы течения газов. Течение газов через отверстия и в трубопроводах. Механические методы получения вакуума. Общая характеристика вакуумхых насосов. Механические вакуумные насосы. Обьемная откачка. Молекулярная откачка. Паростуйная откачка. Физико химические методы получения вакуума. Хемосорбционная откачка. Магниторазрядные насосы. Криогенные насосы. Классификация методов и приборов для измерения давлений. Тепловые преобразователи. Электронные ионизационные преобразователи. Магнитные пребразователи. Измерение парциального давления. Газоанализаторы. Методы течеискания. Процессы при столкновении иона с поверхностью. Задачи, решаемые с помощью ускорителей ионов. Виды ускоряемых ионов: атомарные и молекулярные ионы, многозарядные ионы, кластерные ионы. Основные принципы построения ускорителей ионов. Получение ионов из газов. Получение ионов из твердой фазы. Основные свойства многозарядных ионов Получение многозарядных ионов. Основные свойства кластерных ионов. Источники газовых кластерные ионов Источники твердотельные кластерных ионов. Принципы ускорения ионных пучков. Типы ускорителей: каскадный, тандетрон, Ван-де-Граафа, Типы ускорителей: циклотрон, синхротрон. Фокусировка в электростатическом и магнитном полях. Основные характеристики устройств сепарации ускоренных ионов по энергиям и массам. Магнитный сектор. Фильтр Вина. Квадрупольный масс-фильтр. Времяпролетный фильтр. Диагностика ионных пучков. Измерение тока пучка: цилиндр Фарадея, калориметрический метод, трансформаторный метод. Измерение профиля пучка. Измерения в фазовом пространстве. Измерение массы, энергии и среднего заряда кластерных ионов.Примеры задач:
Определить, чему равен критерий Кнудсена, если вакуумная камера сферической формы и диаметром 0,5м заполнена воздухом при Т=293К и при давлении 10-5 Па. Найти условие прохождения ионов через квадрупольный масс-фильтр.Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация проводятся на основе приведенного выше перечня вопросов.
12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Я. Грошковский. Техника высокого вакуума. Пер. с поль.-М.: Мир,1975.- 622с.
2. . Вакуумная техника. –М. Высшая школа, 1982.-207с.,1990.-319с.
3. , , . Основы вакуумной ехники.–М.:Энергоиздат,1981.-431с.
4. W. Bernhard. Handbook of ion sources. CRC Press. 544 p.
Дополнительная литература.
1. С. Дэшман. Научные основы вакуумной техники. Пер. с англ.-М.:Мир, 1964.-715с.
2. . Вакуумные технологии. Долгопрудный.: Интеллект, 2009.-501с.
3. Вакуумная техника. Справочник. Под ред. . - М.:Машиностроение, 1992.-471с.
4. S. Humphries, Jr.. Principles of Charged Particle Acceleration. Wiley-Interscience, 1986, 590 p.
13. Материально-техническое обеспечение
В соответствии с требованиями п.5.3. образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки «Физика».
Аудитория в соответствии с расписанием занятий, имеется проекционное оборудование, компьютер и т. п.
