Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://physelec.phys.msu.ru/study/lecture/plasma.doc Дата изменения: Tue Mar 10 11:50:39 2015 Дата индексирования: Sat Apr 9 23:38:37 2016 Кодировка: koi8-r

Рабочая программа дисциплины

1. Колебания и волны в плазменных средах

2. Лекторы.

2.1. Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой
Александров Андрей Федорович, кафедра физической электроники
физического факультета МГУ, aleksandrov@phys.msu.ru, +7(495)9392574.

3. Аннотация дисциплины.
В курсе рассматриваются вопросы электродинамики плазмы на основе модели
самосогласованного поля. Излагаются методы описания движения частиц плазмы:
модель холодной гидродинамики, модель магнитной гидродинамики, кинетическое
уравнение с самосогласованным полем с различными интегралами столкновений
(Больцмана, Ландау, Батнагара-Гросса-Крука). На основе модели кинетического
уравнения Власова с самосогласованным полем рассматриваются колебания и
волны в однородных изотропной и магнитоактивной плазме, слабонеоднородной и
ограниченной плазме. Исследуются неустойчивости, развивающиеся в
неравновесной плазме: плазма во внешнем постоянном и СВЧ электрическом
поле, пучково-плазменные системы. Рассматриваются нелинейные эффекты в
электродинамике плазмы.

4. Цели освоения дисциплины.
Овладеть современными профессиональными знаниями в области электродинамики
плазмы, научиться решать задачи.

5. Задачи дисциплины.
Изучить основные уравнения электродинамики плазмы
Освоить методы их решения
Изучить основные спектры волн в плазме

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 для описания электромагнитного поля и уравнения динамики
заряженных частиц, спектры основных волн в плазме;
уметь решать задачи на распространение волн в плазме на основе уравнений
Максвелла и кинетических уравнений;
владеть методами решения основных уравнений электродинамики плазмы.

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 |экзамен | |
|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 |Основы |2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |электродинам|Уравнения для | | |Работа с лекционным |КР |
| |ики плазмы |плазмоподобных сред. | | |материалом, решение | |
| | |Плазменная частота и | | |задач по теме лекции. | |
| | |дебаевский радиус. | | | | |
| | |Идеальная и | | | | |
| | |неидеальная плазма, | | | | |
| | |вырожденная и | | | | |
| | |невырожденная плазма. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Тензор комплексной | | |Работа с лекционным | |
| | |диэлектрической | | |материалом, решение | |
| | |проницаемости и | | |задач по теме лекции. | |
| | |проводимости. | | | | |
| | |Пространственная и | | | | |
| | |временная дисперсия. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Дисперсионное | | |Работа с лекционным | |
| | |уравнение для | | |материалом, решение | |
| | |электромагнитных волн.| | |задач по теме лекции. | |
| | |Продольные и | | | | |
| | |поперечные волны. | | | | |
|2 |Модели |2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |плазмы |Модель независимых | | |Работа с лекционным |КР |
| | |частиц. Уравнения | | |материалом, решение | |
| | |холодной | | |задач по теме лекции. | |
| | |гидродинамики. | | | | |
| | |Плазменные волны. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Гидродинамические | | |Работа с лекционным | |
| | |уравнения для описания| | |материалом, решение | |
| | |плазмы. Магнитная | | |задач по теме лекции. | |
| | |гидродинамика. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Кинетическое уравнение| | |Работа с лекционным | |
| | |с самосогласованным | | |материалом, решение | |
| | |полем. | | |задач по теме лекции. | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Интеграл столкновений | | |Работа с лекционным | |
| | |Больцмана. Частота | | |материалом, решение | |
| | |столкновений | | |задач по теме лекции. | |
| | |электронов с | | | | |
| | |нейтральными | | | | |
| | |частицами. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Интеграл столкновений | | |Работа с лекционным | |
| | |Ландау. Эффективная | | |материалом, решение | |
| | |частота столкновений | | |задач по теме лекции. | |
| | |заряженных частиц. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Интеграл столкновений | | |Работа с лекционным | |
| | |Батнагара-Гросса-Крука| | |материалом, решение | |
| | |. | | |задач по теме лекции. | |
|3 |Колебания и |2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |волны в |Колебания и волны | | |Работа с лекционным |КР |
| |равновесной |однородной изотропной | | |материалом, решение | |
| |плазме |бесстолкновительной | | |задач по теме лекции. | |
| | |плазмы. Затухание | | | | |
| | |Ландау. Плазменные | | | | |
| | |волны и ионно-звуковые| | | | |
| | |волны. Поперечные | | | | |
| | |волны. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Колебания и волны | | |Работа с лекционным | |
| | |однородной изотропной | | |материалом, решение | |
| | |плазмы с учетом | | |задач по теме лекции. | |
| | |столкновений. | | | | |
| | |Затухание волн. | | | | |
| | |Эффекты скинирования. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Колебания и волны | | |Работа с лекционным | |
| | |однородной | | |материалом, решение | |
| | |магнитоактивной | | |задач по теме лекции. | |
| | |плазмы. Циклотронные | | | | |
| | |волны. | | | | |
|4 |Колебания и |2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |волны в |Плазма во внешнем | | |Работа с лекционным |КР |
| |неравновесно|постоянном | | |материалом, решение | |
| |й плазме. |электрическом поле. | | |задач по теме лекции. | |
| |Неоднородная|«Убегание» электронов.| | | | |
| |плазма | | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Плазма во внешнем СВЧ | | |Работа с лекционным | |
| | |электрическом поле. | | |материалом, решение | |
| | |Электроплазменные и | | |задач по теме лекции. | |
| | |электрозвуковые волны.| | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Пучки в плазме. | | |Работа с лекционным | |
| | |Черенковская | | |материалом, решение | |
| | |неустойчивость. | | |задач по теме лекции. | |
| | |Бунемановская и | | | | |
| | |ионно-звуковая | | | | |
| | |неустойчивость. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Колебания | | |Работа с лекционным | |
| | |пространственно-неодно| | |материалом, решение | |
| | |родной плазмы. | | |задач по теме лекции. | |
| | |Резонансы | | | | |
| | |Тонкса-Датнера. | | | | |
| | |2 часа. | | |2 часа. | |
| | |Поверхностные волны в | | |Работа с лекционным | |
| | |плазме. Плазменный | | |материалом, решение | |
| | |волновод. | | |задач по теме лекции. | |
|5 |Нелинейные |2 часа. | | |2 часа. |ДЗ, |
| |явления в |Квазилинейная теория. | | |Работа с лекционным |КР |
| |плазме |Ионно-звуковой | | |материалом, решение | |
| | |солитон. Трехволновое | | |задач по теме лекции. | |
| | |взаимодействие. | | | | |


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. Обязательная дисциплина.
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», «Физика газового разряда», «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 экзамену:
1. Уравнения поля для плазмоподобных сред. Материальные уравнения. Связь
различных форм записи материальных уравнений.
2. Тензор комплексной диэлектрической проницаемости и проводимости.
Дисперсия тензора диэлектрической проницаемости.
3. Энергия электромагнитного поля в среде.
4. Дисперсионное уравнение для электромагнитных волн. Продольные и
поперечные колебания. Показатель преломления и декремент затухания.
5. Модели плазмы. Элементарная теория.
6. Модели плазмы. Квазигидродинамика и магнитная гидродинамика.
7. Кинетическое уравнение с самосогласованным полем.
8. Интеграл столкновений заряженных частиц.
9. Модельный интеграл упругих столкновений. Частота столкновений
электронов с нейтралами.
10. Диэлектрическая проницаемость бесстолкновительной однородной изотропной
плазмы (кинетическая теория).
11. Высокочастотные продольные колебания однородной изотропной
бесстолкновительной плазмы. Плазменные волны.
12. Затухание Ландау.
13. Низкочастотные продольные колебания однородной изотропной
бесстолкновительной плазмы.
14. Поперечные колебания однородной изотропной бесстолкновительной плазмы.
Эффекты скинирования.
15. Влияние столкновений на спектры колебаний однородной изотропной плазмы.
16. Особенности спектров колебаний вырожденной однородной изотропной
бесстолкновительной плазмы.
17. Тензор диэлектрической проницаемости холодной однородной
бесстолкновительной магнитоактивной плазмы.
18. Дисперсионное уравнение для холодной однородной магнитоактивной плазмы.
19. Спектры высокочастотных колебаний холодной однородной
бесстолкновительной магнитоактивной плазмы. Волны с круговой
поляризацией.
20. Спектры магнитогидродинамических волн.
21. Циклотронные волны в плазме.
22. Механизмы и условия поглощения электромагнитных волн в
бесстолкновительной плазме.
23. Влияние теплового движения на спектры колебаний магнитоактивной плазмы.
24. Взаимодействие прямолинейного электронного пучка с плазмой. Волны
пространственного заряда. Фазовая группировка частиц пучка.
25. Гидродинамическая и кинетическая пучковые неустойчивости.
26. Плазма во внешнем электрическом поле. Вид равновесной функции
распределения электронов в слабоионизованной токовой плазме.
27. Явление убегания электронов. Поле Драйсера. Число "убежавших"
электронов.
28. Бунемановская неустойчивость.
29. Ионно-звуковая неустойчивость плазмы с током.
30. Колебания пространственно-неоднородной плазмы. Приближение
геометрической оптики. Правила квантования Бора-Зоммерфельда.
31. Резонансы Тонкса-Даттнера.
32. Коэффициенты переноса в плазме. Диффузия как процесс релаксационных
колебаний. Свободная и амбиполярная диффузия.
33. Ионно-звуковой солитон.
34. Квазилинейная теория колебаний плазмы.

Примеры задач:
1. Написать условие применимости газового приближения для газа нейтральных
частиц и невырожденной плазмы.
2. Написать выражения для продольной диэлектрической проницаемости в
пределе высоких частот и в пределе низких частот.
3. Написать тензор диэлектрической проницаемости холодной магнитоактивной
плазмы.
4. Написать диэлектрическую проницаемость плазмы, пронизываемой электронным
пучком.
5. Для плазмы с параметрами Ne = 1010 см-3, Te = 1 эВ определить плазменную
частоту электронов и дебаевский радиус.
6. Для плазмы с параметрами Ne = Ni = 1010 см-3, Te = 1 эВ определить число
электронов в дебаевской сфере и частоту электрон-ионных столкновений.
7. Для плазмы с параметрами Ne = 1010 см-3, Na = 1013 см-3, Te = 1 эВ
определить частоту столкновений электронов с нейтралами. Применимо ли для
такой плазмы газовое приближение?

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

12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература

1. А.Ф.Александров, А.А.Рухадзе. Лекции по электродинамике плазмоподобных
сред. М: Изд. МГУ, 1999.
2. А.Ф.Александров, А.А.Рухадзе. Лекции по электродинамике плазмоподобных
сред. Неравновесные среды. М: Изд. МГУ, 2002.

Дополнительная литература
1. А.Ф.Александров, Л.С.Богданкевич, А.А.Рухадзе. Колебания и волны в
плазменных средах. М: Изд. МГУ, 1990.
2. А.Ф.Александров, Л.С.Богданкевич, А.А.Рухадзе. Основы электродинамики
плазмы. М: Высшая школа, 1988.
3. А.Ф.Александров, М.В.Кузелев. Радиофизика. Физика электронных пучков и
основы высокочастотной электроники. М: Изд. «Книжный дом «Университет»»,
2007.
4. М.В.Кузелев, А.А.Рухадзе. Методы теории волн в средах с дисперсией. М:
Физматлит, 2007.
5. В.Л.Гинзбург. Распространение электромагнитных волн в плазме. 1960.
6. В.Л.Гинзбург, А.А.Рухадзе. Волны в магнитоактивной плазме. М: Наука,
1975.
7. В.П.Силин, А.А.Рухадзе. Электромагнитные свойства плазмы и
плазмоподобных сред. М: Атомиздат, 1961.
8. А.И.Ахиезер и др. Электродинамика плазмы. 1974.
9. Б.Б.Кадомцев. Коллективные явления в плазме. 1976.

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.