Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://physelec.phys.msu.ru/study/lecture/savinov.doc Дата изменения: Tue Mar 10 11:50:39 2015 Дата индексирования: Sat Apr 9 23:40:31 2016 Кодировка: koi8-r

Рабочая программа дисциплины

1. Физика граничных слоев плазмы

2. Лекторы.

2.1. Доктор физико-математических наук, доцент Савинов Владимир
Павлович, кафедра физической электроники физического факультета МГУ,
savinov1983@yahoo.com, 8(903)1383025.

3. Аннотация дисциплины.

Спецкурс посвящен важному аспекту фундаментальной проблемы физики плазмы,
связанному с ограниченной плазмой, как правило встречающейся в научных
лабораториях и многочисленных практических применениях. Во вводной части
курса обращается внимание на многообразие физических условий и процессов
при образовании граничных слоев плазмы (ГСП), роли слоев в механизме
газовых разрядов и их функционировании в качестве технологической зоны в
технических приложениях. Следующий раздел посвящен рассмотрению основных
понятий и терминологии, используемых при изложении данной дисциплины.
Приводится классификация ГСП по их типам. Третий раздел содержит описание
физических свойств приэлектродных слоев пространственного заряда (ПСПЗ) в
разрядах постоянного тока низкого и высокого давления. Рассматриваются
стеночные слои в разрядных трубках, «плавающий» потенциал стенок в случаях
квазиравновесной и немаксвелловской плазмы. Дается представление о
пассивных слоях в методе электрических зондов Ленгмюра. В четвертом разделе
рассматриваются физические свойства приэлектродных слоев высокочастотных
емкостных разрядов (ВЧЕР). Приводятся общие положения о поведении слоев в
ВЧ поле, а также их специфика в разных типах ВЧЕР. Описывается физика ПСПЗ
как одночастотного ВЧЕР, так и мультичастотных ВЧЕР, поддерживаемых
одновременно двумя или тремя независимыми источниками мощности с различными
частотами.

4. Цели освоения дисциплины.
Приобретение способности владеть разделами физики, необходимыми для решения
научно-исследовательских и научно-инновационных задач в области физики
ограниченной плазмы и физики граничных слоев плазмы, включая физику
приэлектродных слоев пространственного заряда разрядов постоянного тока и
ВЧ разрядов, как одночастотных, так и мультичастотных.

5. Задачи дисциплины.

Обеспечить слушателям понимание основ физики граничных слоев плазмы,
которое они могли бы применить в различных экспериментальных условиях,
включая технологические системы.

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 основные физические
свойства граничных слоев плазмы, роль слоев в случае ограниченной плазмы и
в физическом механизме газовых разрядов, уметь правильно оценивать характер
воздействия плазмы на граничную поверхность в технологических процессах.

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 |N|Названи|Структура и содержание дисциплины |Форма |
|раз|т|е | |текущег|
|дел|е|темы | |о |
|а, |м| | |контрол|
|наз|ы| | |я |
|ван| | | |успевае|
|ие | | | |мости |
|раз| | | | |
|дел| | | | |
|а | | | | |


| | |Содержание

темы |Аудиторная нагрузка, отводимая на лекционный материал темы, ак.ч.
|Названия семинаров по теме.

Аудиторная нагрузка, отводимая на каждый семинар темы, ак.ч.
|Самостоятельная работа: название темы самостоятельной работы; трудоемкость
темы, ак.ч. | | |1. Введение |1 |
Причины возникновения граничных слоев |Граничный слой - область раздела
различных состояний вещества. Причина возникновения граничных слоев -
взаимодействие состояний вещества. Многообразие физических условий при
образовании слоев Специфика граничных условий для плазменных задач. |1
ак.ч.
|1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | | |2
|Классификация граничных слоев плазмы |Принципы классификации граничных
слоев плазмы.Роль граничных слоев в газовых разрядах.Приэлектродные слои -
технологическая зона в практических приложениях.Необходимость нового
подхода в изучении физики граничных слоев плазмы. |1 ак.ч. |1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | |2.
Основные понятия |1 |Основные понятия. |Различие процессов в
квазинейтральной плазме и приэлектродных слоях газовых разрядов.
Характерные пространственные масштабы плазмы и разрядного пространства.
Эффекты нелокальности в газовом разряде. Предслой - область приэлектродной
возмущенной плазмы. Каталитические свойства граничной поверхности. Основные
различия физических свойств граничных слоев плазмы электроположительных и
электроотрицательных газов. Механизмы переноса заряда через границу
«твердое тело - плазма». Активные и пассивные слои пространственного заряда
в газовых разрядах. |1 ак.ч. |1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | |3.Слои
пространственного заряда в постоянном электрическом поле |1 |Приэлектродные
слои в разрядах постоянного тока низкого давления |Бесстолкновительный
плоский слой. Ток в вакуумном диоде, ограниченный пространственным зарядом
(закон 3/2 Чайлда - Ленгмюра). Условие устойчивости слоя (критерий
Бома).Роль пространственного заряда при переходе от несамостоятельного
таунсендовского разряда к самостоятельному тлеющему. Условие
самоподдержания тока. Теория катодного слоя тлеющего разряда Энгеля -
Штеенбека. Слой у неэмиттирующего электрода (анодный слой). | 1 ак.ч. |1
ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | | |2
|Приэлектродные слои в разрядах постоянного тока высокого давления
|Катодный слой дуги. Формула Маккоуна Катодный слой в дуге с подогреваемым
катодом. Жидкие электроды.Анодный слой дуги.. |1 ак.ч. |1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | | |3
|Стеночные слои в разрядных трубках |Роль стеночных слоев в поддержании
разряда. «Плавающий» потенциал диэлектрических стенок трубок в разрядах с
квазиравновесной плазмой. «Плавающий» потенциал стенок трубок в разрядах с
немаксвелловским распределением электронов плазмы по энергиям. |1 ак.ч. |1
ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | | |4
|Пассивные слои в методе электрических зондов |Плазма низкого давления.
Основные понятия в методе электрических зондов. Ленгмюровский зонд
-классическая бесстолкновительная диагностика. Учет особенностей
низкотемпературной плазмы (электронная и ионная ветви зондовой ВАХ): учет
неравновесности энергетического распределения электронов, учет малого числа
столкновений, учет кулоновских столкновений заряженных частиц, влияние
электрических и магнитных полей, влияние отрицательных ионов. Плазма
высокого давления. Гидродинамический режим.Зонд в гидродинамическом режиме
в неподвижной плазме. Диффузионный случай. Дрейфовый случай. Зонд в
движущейся плазме. |1 ак.ч. |1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | |4.
Приэлектродные слои пространственного заряда в высокочастотном
электрическом поле |1 |Общие положения о ПСПЗ в ВЧ электрическом поле
|Специфика ПСПЗ ВЧ емкостного разряда по сравнению со слоями разрядов
постоянного тока. Функциональная роль слоев ВЧЕР. Механизм проводимости
разрядного тока в ПСПЗ ВЧЕР с внутренними и внешними электродами. Явление
ВЧ - детектирования в ПСПЗ. Характер результирующего электрического поля в
ПСПЗ. Особенности свойств ПСПЗ в асимметричном ВЧЕР. Физическое
моделирование ПСПЗ ВЧЕР в различных частотных диапазонах. |1 ак.ч. |1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | | |2
|ПСПЗ в ВЧЕР низкого давления в альфа-режиме |Модель ПСПЗ в ВЧЕР низкого
давления М. Либермана. Нелинейный характер движения границы ПСПЗ в течение
периода ВЧ поля. Особенности режима движения ионов к электродам в ПСПЗ.
Движение электронов в ПСПЗ. Достаточно слабая связь между параметрами ПСПЗ
и объемной плазмы. |1 ак.ч. |1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | | |3
|ПСПЗ в ВЧЕР низкого давления в гамма-режиме |Принципиальное различие
физических свойствПСПЗ ВЧЕР в альфа- и гамма- режимах. Транспорт ионов
плазмы на электроды. Специфические свойства границы «ПСПЗ - плазмы» в ВЧЕР.
Транспорт электронов в ПСПЗ. Режим дискретного транспорта электронов плазмы
в ПСПЗ на электроды. Сильная связь параметров ПСПЗ и объемной плазмы.
Бесконтактный метод диагностики параметров ПСПЗ ВЧЕР. |1 ак.ч. |1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | | |4
|ПСПЗ в двухчастотном ВЧЕР низкого давления |Необходимость раздельного
управления параметрами ПСПЗ и объемной плазмы в технологических
приложениях. Двухчастотные плазменные технологические реакторы. Обоснование
принципа парного выбора повышенной и пониженной частот ВЧ поля и
соотношения их ВЧ напряжений. Сильно нелинейная временная зависимость
результирующих параметров ПСПЗ данного разряда. Характер движения ионов и
электронов в ПСПЗ. Зависимость энергетического спектра ионов на электродах
от параметров двух прикладываемых ВЧ напряжений. |1 ак.ч. |1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | | |5
|ПСПЗ в трехчастотном ВЧЕР низкого давления |Дополнительные возможности
управления параметрами ПСПЗ ВЧЕР и энергетическим спектром ионов на
электродах. Физические свойства и эффективные характеристики
функционирования ПСПЗ трехчастотного ВЧЕР - эффективный ток, эффективное
напряжение и эффективная частота ВЧ поля. |1 ак.ч. |1 ак.ч.
Решение задач по теме лекции |2 часа.
Работа с лекционным материалом, решение задач по теме лекции. |Оп | |

9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
1. Дисциплина по выбору
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
. 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
Примерный список вопросов для проведения текущей и промежуточной
аттестации:
. 1. Различие процессов в плазме и приэлектродных слоях газовых
разрядов.
. 2. Классификация приэлектродных слоев пространственного заряда.
. 3. Механизмы переноса заряда через границу «твердое тело - плазма».
. 4. Ток в вакуумном диоде. Закон 3/2 Чайлда - Ленгмюра.
. 5. Теория катодного слоя тлеющего разряда Энгеля - Штеенбека.
. 6. Слой у неэмиттирующего электрода (анодный слой).
. 7. Катодный слой дуги. Формула Маккоуна.
. 8. Анодный слой дуги. Анодные пятна.
. 9. Классический метод электрических зондов Ленгмюра.
. 10. Учет в зондовом методе особенностей реальной плазмы низкого
давления.
. 11. Электрический зонд в гидродинамическом режиме.
. 12. Общие положения о приэлектродных слоях в ВЧ электрическом поле.

12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

12.1. Учебно-методические рекомендации для обеспечения самостоятельной
работы студентов.

12.2. Литература
Основная литература
Савинов В.П. «Физика граничных слоев плазмы» (рукопись). Учебное пособие.
МГУ. 2014.
Дополнительная литература
1) Энгель А. Ионизованные газы. М. Физматгиз. 1959. 332 с.
2) Синкевич О.А., Стаханов И.П. Физика плазмы (стационарные процессы в
частично ионизованном газе). Учебное пособие. М. : Высшая школа. 1991. 191
с.
3) Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. Физическая электроника газоразрядных
устройств. Плазменная электроника. Ч.2. Учебное пособие. М.: Высшая школа.
1993. с. 243 - 734.
4) Райзер Ю.П. Физика газового разряда. 3-е изд. Долгопрудный: Издательский
дом «Интеллект». 2009. 736 с.
5) Чен Ф. Электрические зонды. В кн. Диагностика плазмы. Пер. с англ. Под
ред. Р.Хаддлстоуна и С. Леонарда. М.: Мир. 1967. с. 94-164.
6) Чен Ф. Введение в физику плазмы. Пер. с англ. М.: Мир. 1987. 398 с.
7) Чан П., Тэлбот Л., Турян К. Электрические зонды в неподвижной и
движущейся плазме. М.: Мир. 1978. 201 с.
Периодическая литература
1) Никандров Д.С., Цендин Л.Д. Бесстолкновительные слои емкостного разряда
в различных частотных диапазонах. Письма в ЖТФ. 2006. т.32. в.16. с. 62 -
74.
2) Lieberman M.A. Analytical solution for capacitive RF sheath. IEEE
Trans. Plasma Sci. 1988. V.16. No.6. P. 638 - 644.
3) Robiche J., Boyle P.C., Turner M.M., Ellingboe A.R. Analytical model of
a dual frequency capacitive sheath. J. Phys. D : Appl. Phys. 2003. V. 36.
P. 1810 - 1816.
4) Lee S.H., Pavan K.T., Lee J.K. Control of ion energy distribution in
low-pressure and triple-frequency capacitive discharge. Plasma Sources
Sci. Technol. 2009. V. 18. 025024.

Интернет-ресурсы
physelec.phys.msu.ru

13. Материально-техническое обеспечение

13.1. Помещения
Лекционные и семинарские занятия по дисциплине проводятся в соответствии с
требованиями к материально-техническим условиям реализации ООП (п.5.3.
образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки «Физика»).
13.2. Оборудование
Для проведения лекционных занятий в каждой из поточных аудиторий
предусмотрены: учебная доска большого формата, компьютер, проектор, экран.