Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://physelec.phys.msu.ru/study/lecture/dvinin.doc Дата изменения: Tue Mar 10 11:50:38 2015 Дата индексирования: Sat Apr 9 23:35:31 2016 Кодировка: koi8-r

Рабочая программа дисциплины

1. Физические основы газового разряда

2. Лекторы.

2.1. Доктор физико-математических наук, доцент Двинин Сергей
Александрович, кафедра физической электроники физического факультета
МГУ, dvinin@phys.msu.ru, +7(495)9394839.

3. Аннотация дисциплины.
Изучается газовый разряд как основа нано-, плазмохимических и других
технологий. Рассматриваются следующие вопросы: история газового разряда и
классификация его форм, химические компоненты, методы описания и параметры
плазмы, особенности движения частиц, уравнения баланса частиц и энергий для
плазмы газового разряда, модель Таунсенда для пробоя разрядного промежутка
низкого давления, стационарные разряды постоянного тока, тлеющий разряд,
различные формы дугового разряда, разряды высокого давления, импульсные
разряды, высокотемпературные искровые разряды, высокочастотные разряды,
сверхвысокочастотные и оптические (лазерные) разряды, комбинированные
разряды, разряды в потоках газа, использование газовых разрядов,
неустойчивости газовых разрядов. Цель курса: знакомство с основными
понятиями и процессами в физике газового разряда, с классическими моделями
газоразрядной плазмы (Шоттки, Ленгмюра-Тонкса, Эленбааса)

4. Цели освоения дисциплины.
Овладеть современными профессиональными знаниями в области физики газового
разряда, научиться решать задачи.

5. Задачи дисциплины.
Изучить основные уравнения кинетики плазмы и реагирующего газа, движения
частиц в заряженной среде, баланса частиц и энергий в газовом разряде.
Освоить методы их решения
Знакомство с классификацией разрядов и изучение основных их типов.
6. Компетенции.
6.1. Компетенции, необходимые для освоения дисциплины.
ОНК-1, ОНК-5, ОНК-6.
6.2. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины.
ПК-2.
7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен
знать уравнения описывающие рождение, уничтожение, движение и нагрев частиц
плазмы;
уметь решать задачи на поддержание основных форм стационарных и импульсных
разрядов на основе уравнений Максвелла, уравнений гидродинамики и
кинетических уравнений;
владеть методами решения основных уравнений гидродинамики плазмы и
уравнений для электрического поля в разряде.
8. Содержание и структура дисциплины.
|Вид работы |Семестр |Всего |
| |7 | |
|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 |зачет | |
|оценкой, экзамен) | | |

|N |Наименование|Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий |Форма |
|раз| | |текущег|
|- |раздела | |о |
|дел| | |контрол|
|а | | |я |
| | |Аудиторная работа |Самостоятельная работа| |
| | | | | |
| | |Лекции |Семинары |Лабораторные работы | | |
|1 |Основные |2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |уравнения, |История газового | | |Работа с лекционным |КР |
| |используемые|разряда. Классификация| | |материалом, решение | |
| |в теории |его форм. Химические | | |задач по теме лекции. | |
| |газовых |компоненты плазмы. | | | | |
| |разрядов и |Параметры плазмы. | | | | |
| |классификаци| | | | | |
| |я разрядов | | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Методы описания | | |Работа с лекционным | |
| | |плазмы. | | |материалом, решение | |
| | |Многожидкостная и | | |задач по теме лекции. | |
| | |одножидкостная | | | | |
| | |гидродинамика с учетом| | | | |
| | |химических реакций | | | | |
| | |Функция распределения | | | | |
| | |заряженных частиц по | | | | |
| | |энергиям Особенности | | | | |
| | |движения частиц в | | | | |
| | |газовом разряде. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Уравнения баланса | | |Работа с лекционным | |
| | |частиц и энергии для | | |материалом, решение | |
| | |плазмы газового | | |задач по теме лекции. | |
| | |разряда. | | | | |
|2 |Основные |2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |модели |Модель Таунсенда для | | |Работа с лекционным |КР |
| |газовых |пробоя разрядного | | |материалом, решение | |
| |разрядов |промежутка низкого | | |задач по теме лекции. | |
| |низкого |давления. | | | | |
| |давления. | | | | | |
| |Модели | | | | | |
| |плазмы | | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Стационарные разряды | | |Работа с лекционным | |
| | |постоянного тока. I. | | |материалом, решение | |
| | |Тлеющий разряд. Модели| | |задач по теме лекции. | |
| | |Шоттки и Тонкса | | | | |
| | |Ленгмюра. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Слой пространственного| | |Работа с лекционным | |
| | |заряда на границе | | |материалом, решение | |
| | |плазмы. | | |задач по теме лекции. | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Стационарные разряды | | |Работа с лекционным | |
| | |постоянного тока. II. | | |материалом, решение | |
| | |Тлеющий разряд в | | |задач по теме лекции. | |
| | |магнитном поле. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Стационарные разряды | | |Работа с лекционным | |
| | |постоянного тока. III.| | |материалом, решение | |
| | |Различные формы | | |задач по теме лекции. | |
| | |дугового разряда. | | | | |
| | |Процессы на электродах| | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Различные формы | | |Работа с лекционным | |
| | |дугового разряда. | | |материалом, решение | |
| | |Процессы в объеме | | |задач по теме лекции. | |
| | |плазмы. Дуговые | | | | |
| | |разряды высокого | | | | |
| | |давления. Методы учета| | | | |
| | |неравновесности плазмы| | | | |
|3 |Импульсные |2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |разряды |Стример. Волны | | |Работа с лекционным |КР |
| |высокого |ионизации. | | |материалом, решение | |
| |давления |Лавинно-стримерный | | |задач по теме лекции. | |
| | |переход. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Импульсные разряды. | | |Работа с лекционным | |
| | |Искра, Молния. | | |материалом, решение | |
| | |Высокотемпературные | | |задач по теме лекции. | |
| | |искровые разряды. | | | | |
|4 |Высокочастот|2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |ные и |Высокочастотные (ВЧ) | | |Работа с лекционным |КР |
| |оптические |разряды. Процессы на | | |материалом, решение | |
| |разряды |границе плазмы. | | |задач по теме лекции. | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Сверхвысокочастотные | | |Работа с лекционным | |
| | |(СВЧ) разряды. Роль | | |материалом, решение | |
| | |поверхностных волн в | | |задач по теме лекции. | |
| | |поддержании разряда. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Высокочастотные | | |Работа с лекционным | |
| | |разряды высокого | | |материалом, решение | |
| | |давления. | | |задач по теме лекции. | |
| | |Высокочастотный | | | | |
| | |стример | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Оптические (лазерные) | | |Работа с лекционным | |
| | |разряды.. | | |материалом, решение | |
| | | | | |задач по теме лекции. | |
|5 |Применение и|2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |неустойчивос|Применение газовых | | |Работа с лекционным |КР |
| |ти газовых |разрядов. | | |материалом, решение | |
| |разрядов | | | |задач по теме лекции. | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Неустойчивости газовых| | |Работа с лекционным | |
| | |разрядов. | | |материалом, решение | |
| | | | | |задач по теме лекции. | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Общие методы описания | | |Работа с лекционным | |
| | |систем с помощью | | |материалом, решение | |
| | |небольшого числа | | |задач по теме лекции. | |
| | |параметров. | | | | |
| | |Бифуркации. | | | | |


Предусмотрены следующие формы текущего контроля успеваемости.

|1. Защита лабораторной |4. Реферат |7. Рубежный контроль|10. Контрольная |15. Рейтинговая |
|работы (ЛР); |(Р); |(РК); |работа (КР); |система (РС); |
|2. Расчетно-графическое |5. Эссе (Э); |8. Тестирование (Т);|11. Деловая игра |16. Обсуждение (Об). |
|задание (РГЗ); |6. Коллоквиум | |(ДИ); | |
|3. Домашнее задание (ДЗ); |(К); |9. Проект (П); |12. Опрос (Оп); | |

9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
1. Дисциплина по выбору.
2. Вариативная часть, профессиональный блок.
3. Для освоения дисциплины студент должен знать основные разделы физики и
математики, уметь решать по ним задачи.
1. До начала освоения дисциплины должны быть освоены дисциплины модулей
«Математика», «Общая физика», «Теоретическая физика».
2. Освоение дисциплины необходимо для дисциплин «Элементарные процессы в
ионизованном газе», «Физические основы электроники твердого тела»,
«Эмиссионные явления на поверхности», НИР, НИП.

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 зачету:
1. Способы ионизации газа.
2. Зажигание разряда. Самостоятельный и несамостоятельный разряд.
2. Лавинный механизм ионизации.
2. Условие Таунсенда.
2. Влияние объемного заряда на зажигание разряда.
2. Закон 3/2.
7. Закон Пашена.
8. Свойства тлеющего разряда. Катодное и анодное падение. Положительный
столб газового разряда.
9. Пространственная структура и изменение параметров плазмы и функции
распределения электронов по энергиям в катодной области тлеющего разряда.
10. Теория Шоттки положительного столба газового разряда.
11. Модель Ленгмюра Тонкса положительного столба газового разряда.
12. Движение заряженных частиц. Амбиполярная диффузия и дрейф частиц в
электрическом поле. Условие изотропности функции распределения.
13. Процессы в области стенок тлеющего разряда. Влияние инерции ионов на
движение заряженных частиц.
14. Нормальная плотность тока на катоде тлеющего разряда.
15. Элементарные химические процессы в плазме газового разряда.
16. Теория пробоя разрядных промежутков постоянным полем. Закон Пашена.
17. Механизм объемной фотоионизации газа высокого давления.
17. Стримерные механизмы развития разряда при высоких давлениях.
18. Коронный разряд постоянного тока.
19. Высокочастотные разряды низкого давления - емкостной ВЧ разряд.
20. Роль приэлектродных слоёв в ВЧ разрядах. Процессы детектирования и
действие средних сил.
21. Постоянные поля и токи в ВЧ разрядах.
22. ВЧ разряды при высоких давлениях - корона и факельный разряд.
17. Сильноточные импульсные разряды Z-пинч, (-пинч.
23. Плазменный фокус и микропинчи.
24. Импульсные разряды наносекундной длительности.
25. Импульсные излучательные разряды.
28.Дифузионная теория пробоя СВЧ разряда. Критерии пробоя в импульсном
поле. Статистическое запаздывание.
29. Особенности пробоя газа в лазерном диапазоне.
30. Стационарный разряд в ограниченных объемах. Механизмы ограничения поля.
Скин-эффект. Свойства разрядов в резонаторах.
31. Особенности СВЧ разрядов в свободном пространстве. Механизмы
распространения разряда.
31. Особенности распространения лазерного разряда.
32. Неустойчивости как метод математического анализа поведения динамических
систем.
33. Примеры неустойчивостей в полностью ионизованной бестоковой плазме.
34. Примеры неустойчивостей в плазме с током.
35. Перегревные неустойчивости.
36. Неустойчивости в системах с отрицательной дифференциальной
проводимостью.
37. Неустойчивости, связанные с особенностями химической кинетики.

Примеры задач:
1. Рассчитать первый ионизационный коэффициент Таунсенда.
2. Рассчитать коэффициент амбиполярной диффузии
3. Сравнить направленную и хаотическую скорости электронов в постоянном
электрическом поле
4. Получить условия пробоя разрядного промежутка постоянным напряжением.
5. Рассчитать долю тока, переносимого электронами и ионами на катоде
дугового разряда.
6. Рассчитать коэффициент диффузии в гидродинамическом и кинетическом
приближении. Объяснить в чем разница.
7. Рассчитать подвижность электронов в гидродинамическом и кинетическом
приближении. Чем отличаются режимы аномального и нормального дрейфа.
8. Рассчитать время ухода иона на стенку в диффузионном режиме для
цилиндрической и прямоугольной разрядной трубки
9. Рассчитать время ухода иона на стенку в диффузионном режиме для
цилиндрической разрядной трубки при учете инерции ионов.
10. Рассчитать плотность тока ионов на стенку для цилиндрической разрядной
трубки в диффузионном режиме. Нужно ли при этом использовать критерий
Бома?
11. Рассчитать энергию ионов, бомбардирующих стенку разрядной трубки в
диффузионном режиме.

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

12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература

1. С.А.Двинин. Физические основы газового разряда. Часть 1. Учебное
пособие. Москва. МГУ имкни М.В.Ломоносова. Физический факультет. 2012. 119
с.

2. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Т.2. Установившийся ток. М.:
«Наука», ГРФМЛ, 1971.
3. Райзер Ю.П. (Физика газового разряда(. М.: «Наука», 1992.
4. Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма. / Под
редакцией Б.Я. Мойжеса и Г.Е. Пикуса. М.: «Наука». 1973. С. 176 - 221.
5. Недоспасов А.В., Хаит В.Д. Колебания и неустойчивости низкотемпературной
плазмы. M.: «Наука». 1979. 160 с.

Дополнительная литература
1. Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. М.: Наука. 1981. 358
c.
2. Александров А.Ф., Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. Основы электродинамики:
плазмы. М.: Высшая школа. 1980.
3. Кудрявцев А.А. Смирнов А.С. Цендин Л.Д. Физика тлеющего разряда. Лань.
С.-П., Москва, Краснодар. 2010. 493 с.
4. Смирнов Б.М. Физика слабоионизованного газа. М.: Наука, 1972. 416 с.
6. Синкевич О.А., Стаханов И.П. Физика плазмы. Стационарные процессы в
частично ионизованном газе. М.: Высшая школа. 1991. 192 с.
7. Лозанский Э. Д., Фирсов О. Б. Теория искры. М.: Атомиздат, 1975. 271 c.
8. Биберман Л.М., Воробьев В.С., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной
низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1982, 376 с.
9. Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. М.: Энергоатомиздат, 1991. 719 с.
10. Lieberman M., Lichtenberg A.J. Principles of Plasma Discharges and
Materials Processing, Second Edition, John Wiley and Sons, 2005.
11. Митчнер М., Кругер Ч. Частично ионизованные газы. М.: Мир 1976. 468 с.
12. Велихов Е. П., Ковалёв А. С., Рахимов А. Т. Физические явления в
газоразрядной плазме. М.: Изд-во: Наука, 1987, 160 стр.

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.