Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://physelec.phys.msu.ru/study/lecture/beam.doc Дата изменения: Tue Mar 10 11:50:38 2015 Дата индексирования: Sat Apr 9 23:08:51 2016 Кодировка: koi8-r

Рабочая программа дисциплины

1. Физика электронных пучков

2. Лекторы.

2.1. Доктор физико-математических наук, профессор Кузелев Михаил
Викторович, кафедра физической электроники физического факультета МГУ,
kuzelev@mail.ru +7(495)9392547.

3. Аннотация дисциплины.
Рассмотрены основные вопросы физики получения, транспортировки,
устойчивости и применения электронных пучков. Использовано описание пучков
на базе гидродинамических и кинетических моделей с самосогласованным полем.
Рассмотрено равновесие электронных пучков, вычислены предельные токи,
исследованы пучковые неустойчивости в вакууме, плазме, иных средах.
Изложены основы электронной оптики, физика эмиссионных явлений (в том числе
и взрывная эмиссия), теоретические основы высокочастотной электроники.
Включены вопросы современной электродинамики релятивистских пучков,
представленные до сих пор только в специальной научной литературе.

4. Цели освоения дисциплины.
Изучение современных методов исследования электронных пучков, освоение
теории пучковых неустойчивостей, получение представлений об использовании
электронных пучков в фундаментальных и прикладных исследованиях.

5. Задачи дисциплины.
Изучить основные методы описания электронных пучков и уравнения динамики
заряженной плазмы.
Изучить наиболее важные пучковые неустойчивости в плазме и плазмоподобных
средах.

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, М-ПК-
8.

7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен знать современные методы
создания, исследования и применения пучков заряженных частиц в
фундаментальной науке и практических приложениях. Должен владеть методами
описания плотной заряженной (не квазинейтральной) неравновесной плазмы и
уметь применять эти методы к решению важнейших прикладных задач.

8. Содержание и структура дисциплины.
|Вид работы |Семестр |Всего |
| |1 |2 |3 |4 | |
|Общая трудоёмкость, акад. часов | | | | | |
|Аудиторная работа: | | | | | |
| Лекции, акад. часов | | | | | |
| Семинары, акад. часов | | | | | |
| Лабораторные работы, акад. часов | | | | | |
|Самостоятельная работа, акад. часов | | | | | |
|Вид промежуточной аттестации (зачёт, зачёт с | | | | | |
|оценкой, экзамен) | | | | | |

|N |Наименование|Структура и содержание дисциплины |Форма |
|раз| | |текущег|
|- |раздела | |о |
|дел| | |контрол|
|а | | |я |
| | |Аудиторная работа |Самостоятельная работа| |
| | | | | |
| | |Лекции |Семинары | | | |
|1 |Основные |1 час. |1 час. | |2 часа. |ДЗ, |
| |методы |Параметры сильноточных релятивистских |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |теоретическо|электронных пучков, объемный |лекции | |материалом, решение | |
| |го описания |электрический заряд и собственное | | |задач по теме лекции. | |
| |электронных |электромагнитное поле. | | | | |
| |пучков | | | | | |
| | |1 час. |1 час. | |2 часа. | |
| | |Нерелятивистское недиамагнитное |Решение задач по теме | |Работа с лекционным | |
| | |равновесие цилиндрически симметричной |лекции | |материалом, решение | |
| | |заряженной плазмы. Равновесие | | |задач по теме лекции. | |
| | |цилиндрического релятивистского | | | | |
| | |электронного пучка без учета | | | | |
| | |диамагнитных эффектов. | | | | |
| | |1 час. |1 час. | |2 часа. | |
| | |Диамагнитное равновесие |Решение задач по теме | |Работа с лекционным | |
| | |цилиндрического тонкого трубчатого |лекции | |материалом, решение | |
| | |электронного пучка с учетом | | |задач по теме лекции. | |
| | |релятивизма вращательного движения. | | | | |
| | |Теория пинча Беннета. | | | | |
| | |1 час. |1 час. | |2 часа. | |
| | |Предельный вакуумный ток |Решение задач по теме | |Работа с лекционным | |
| | |релятивистского замагниченного |лекции | |материалом, решение | |
| | |электронного пучка в цилиндрическом | | |задач по теме лекции. | |
| | |пространстве дрейфа. | | | | |
|3 |Волны и |1 час. |1 час. | |2 часа. |ДЗ, |
| |неустойчивос|Волны плотности заряда в одномерном |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |ти |пучке электронов. Энергия волн. Волны |лекции | |материалом, решение | |
| |электронных |с отрицательной энергией. Волны | | |задач по теме лекции. | |
| |пучков в |плотности заряда релятивистского | | | | |
| |сильном |электронного пучка в волноводе в | | | | |
| |внешнем |сильном магнитном поле. Параметр | | | | |
| |магнитном |Пирса. | | | | |
| |поле | | | | | |
| | |1 час. |1 час. | |2 часа. | |
| | |Предельный ток скомпенсированного |Решение задач по теме | |Работа с лекционным | |
| | |электронного пучка в цилиндрическом |лекции | |материалом, решение | |
| | |пространстве дрейфа. Одномерная | | |задач по теме лекции. | |
| | |неустойчивость Пирса в линейном | | | | |
| | |приближении- качественное рассмотрение| | | | |
| | |и строгая линейная теория. | | | | |
| | |1 час. |1 час. | |2 часа. | |
| | |Неустойчивости электронных пучков с |Решение задач по теме | |Работа с лекционным | |
| | |неоднородным профилем скорости. |лекции | |материалом, решение | |
| | |Slipping - неустойчивость. | | |задач по теме лекции. | |
| | |1 час. |1 час. | |2 часа. | |
| | |Токово-крнвективная неустойчивость. |Решение задач по теме | |Работа с лекционным | |
| | |Диокотронная неустойчивость. |лекции | |материалом, решение | |
| | | | | |задач по теме лекции. | |


9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
1. Обязательная дисциплина.
2. Вариативная часть, блок профессиональной подготовки.
3. Для освоения дисциплины студент должен знать основные разделы физики и
математики, уметь решать по ним задачи.
1.
2. НИП, НИР, НИС.

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.

11. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной
аттестации
Перечень вопросов к экзамену:
1. Электроны в проводниках. Явление термоэлектронной эмиссии.
2. Автоэлектронная эмиссия, понятие о взрывной эмиссии.
3. Параметры сильноточных релятивистских электронных пучков, объемный
электрический заряд и собственное электромагнитное поле.
4. Релятивистское бесстолкновительное кинетическое уравнение Власова с
самосогласованным полем. Вычисление плотностей заряда и тока пука в
модели кинетического уравнения.
5. Релятивистские уравнения холодной многожидкостной гидродинамики. Запись
уравнений гидродинамики в цилиндрических координатах.
6. Уравнения электромагнитного поля, материальные уравнения, граничные
условия, потенциальное приближение.
7. Движение заряженных частиц в стационарном нескомпенсированном пучке,
находящемся во внешнем магнитном поле.
8. Уравнение баланса радиальных сил в цилиндрически симметричном столбе
заряженной плазмы.
9. Нерелятивистское недиамагнитное равновесие цилиндрически симметричной
заряженной плазмы.
10. Равновесие цилиндрического релятивистского электронного пучка без учета
диамагнитных эффектов.
11. Диамагнитное равновесие цилиндрического тонкого трубчатого электронного
пучка с учетом релятивизма вращательного движения.
12. Теория пинча Беннета.
13. Предельный вакуумный ток релятивистского замагниченного электронного
пучка в цилиндрическом пространстве дрейфа.
14. Волны плотности заряда в одномерном пучке электронов. Энергия волн.
Волны с отрицательной энергией.
15. Волны плотности заряда релятивистского электронного пучка в волноводе в
сильном магнитном поле. Параметр Пирса.
16. Предельный ток скомпенсированного электронного пучка в цилиндрическом
пространстве дрейфа.
17. Одномерная неустойчивость Пирса в линейном приближении- качественное
рассмотрение и строгая линейная теория.
18. Нелинейная динамика неустойчивости Пирса в цилиндрическом резонаторе в
сильном магнитном поле.
19. Черенковская пучковая неустойчивость в плазме. Физическая природа
апериодической и резонансной неустойчивостей.
20. Запись формального решения кинетического уравнения Власова в виде
интеграла по начальным данным частиц.
21. Одномерные нелинейные уравнения пучковой неустойчивости в плазме в
модели кинетического уравнения с самосогласованным полем.
22. Нелинейная теория резонансной пучково-плазменной неустойчивости.
Явление захвата электронов пука плазменной волной.
23. . Нелинейные равновесные состояния замодулированного электронного пучка
в плазме.
24. Неустойчивость плазмы с током (неустойчивость Бунемана - Будкера).
Нелинейная динамика электронного тока в плазме.
25. Резонансная пучковая неустойчивость в плазменном волноводе в сильном
магнитном поле.
26. Общая классификация резонансных пучковых неустойчивостей в плазме.
27. Электрон - электронные пучковые неустойчивости в плазме в конечном
внешнем магнитном поле. Slipping - неустойчивость.

Примеры задач:
1. Вычислить плотность тока электронного пучка, создаваемого в плоском
диоде с зазором [pic] при ускоряющем напряжении [pic].
2. Вычислить плотность тока электронного пучка, создаваемого в плоском
диоде с зазором [pic] при ускоряющем напряжении [pic].
3. Запишите граничное условие для потенциала [pic] на катоде плоского
сильноточного диода в случае бесконечной эмиссионной способности катода.
4. Чему равны напряженность электрического поля [pic], гидродинамическая
плотность [pic] и гидродинамическая скорость [pic] электронов пучка на
катоде с бесконечной эмиссионной способностью в плоском сильноточном
диоде.
5. Запишите релятивистское кинетическое уравнение Власова для одночастичной
функции распределения [pic].
6. Запишите выражения для плотностей заряда и тока частиц с зарядом [pic]
через одночастичную функцию распределения [pic]. Функция распределения
нормируется на полное число частиц.
7. Выразите гидродинамические плотность [pic] и скорость [pic] через
интегралы от одночастичной функции распределения [pic].
8. Как выражается функция распределения частиц сорта [pic] [pic] через
гидродинамические плотность [pic] и импульс [pic] в модели
многожидкостной гидродинамики.
9. Запишите систему нерелятивистских уравнений многожидкостной
гидродинамики для плазмы в электромагнитном поле.
10. В модели многожидкостной гидродинамики запишите релятивистское
уравнение Эйлера для гидродинамической скорости заряженных частиц [pic]
при наличии электромагнитного поля.
11. Вычислить плотность электронов ультрарелятивистского пучка с током
[pic] при условии, что плотность однородна в поперечном сечении пучка
площадью [pic].
12. Какова площадь поперечного сечения электронного пучка с концентрацией
электронов [pic] при скорости электронов [pic], если ток пучка [pic] ?
Плотность электронов считать однородной в поперечном сечении пучка.
13. Найти предельный вакуумный ток тонкого трубчатого электронного пучка в
круглом волноводе радиуса [pic]. Средний радиус пучка [pic], скорость
пучка [pic].
14. Чему равен предельный вакуумный ток тонкого трубчатого электронного
пучка с радиусом [pic] в трубе кругового сечения с радиусом [pic] при
энергии электронов пучка [pic].
15. Какова длина волны плотности заряда безграничного электронного пучка с
плотностью [pic] и скоростью [pic], если поле волны стационарно в
лабораторной системе координат. Релятивистских эффектов не учитывать.
16. Фазовая скорость медленной волны плотности заряда безграничного
электронного пучка равна половине его скорости [pic]. Найти плотность
электронов пучка, если длина волны [pic]. Релятивистских эффектов не
учитывать.
17. Во сколько раз предельный пирсовский ток нерелятивистского бесконечно
тонкого электронного пучка превосходит его предельный вакуумный ток.
18. Чему равно отношение предельного пирсовского и предельного вакуумного
токов бесконечно тонкого электронного пучка в ультрарелятивистском
пределе ?
19. Однородный электронный пучок распространяется в цилиндрической
дрейфовой камере радиуса [pic] и длиной [pic]. Найти предельный ток
Пирса, если скорость пучка [pic].
20. Найти пороговую ленгмюровскую частоту электронов пучка [pic], при
которой возникает неустойчивость Пирса, для однородного пучка с энергией
электронов [pic] в цилиндрическом дрейфовом промежутке радиусом [pic] и
длиной [pic].

Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация проводятся на
основе приведенного выше перечня вопросов.

12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Александров А.Ф., Кузелев М.В. "Физика электронных пучков и основы
высокочастотной электроники". М.: Университет, 2007, 300 с.
2. Александров А.Ф., Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. "Основы электродинамики
плазмы". М.: Высшая школа, 1998, 424 с.
3. Бобылев Ю.В., Кузелев М.В. "Нелинейные явления при электромагнитных
взаимодействиях электронных пучков с плазмой". М.: Физматлит, 2009, 456 с.
4. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Под ред. акад. В.Е. Фортова. Т.
IV. М.: Наука, 2000, с.4-75.

Дополнительная литература
1. А.Ф. Александров, М.В. Кузелев, А.А. Рухадзе. Релятивистское
диамагнитное равновесие тонкого трубчатого электронного пучка во внешнем
магнитном поле. Физика плазмы, 2005, т.31, ?12, с.1123.
2. А.Ф. Александров, М.В. Кузелев, А.А. Рухадзе. О кинетическом описании
цилиндрических плазменных структур. Радиотехника и Электроника, 2006, т.
51, ?10, с.1251.
3. М.В. Кузелев, Н. Сепехри Джаван. Моделирование неустойчивости
неоднородного плазменного потока. Нелинейная динамика слиппинг-
неустойчивости. Физика плазмы, 2007 т.33 ?8 с. 738.
4. И.Н. Карташов, М.В. Кузелев. Нелинейная динамика диокотронной
неустойчивости. Физика плазмы, 2010, т.36, ? 6.

Интернет-ресурсы
physelec.phys.msu.ru

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.