Программа курса лекций

ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИКУ ПЛАЗМЫ, ЧАСТЬ I

(3 курс, 5 семестр, 36 часов, экзамен)

Доцент Станислав Леонидович Синицкий

Программа курса лекций

Общие сведения о плазме. Идеальность. Вырождение. Квазинейтральность. [1]-§§1.1,1.3; [2]-§§1-4; [3]-§§1.1-1.7; [4]-§57; [5]-гл. 1, §1.
Дебаевская экранировка. Энергия кулоновского взаимодействия частиц в плазме. [3]-§1.4; [5]-гл.1, §2; [16]-гл.1, §9.
Степень ионизации термодинамически равновесной плазмы. Формула Саха. [4]-§104; [5]-гл.2, §§5,9.
Кулоновские столкновения. Кулоновский логарифм. [1]-§1.4; [10]-§§1,2; [16]-гл.2, §10.1.
Релаксация импульса и энергии. Динамика установления равновесной функции распределения. Выравнивание электронной и ионной температур. Проводимость плазмы, убегание электронов. [1]-§1.4; [10]-§§18-20; [14]-§§6-12; [16]-гл.2, §10.1.
Элементарные процессы в плазме: ионизация электронами, тройная рекомбинация, фотоионизация, фоторекомбинация, перезарядка. Корональное равновесие. Формула Эльверта. [7]-гл.6, §§10,11,16,17; [8]-§§2,3,6,8,10; [16]-гл. 2, §7; гл. 3, §1, гл. 5, §§2,3,6.
Движение частиц в электрическом и магнитном полях. Дрейфовое приближение. Электрический, градиентный и центробежный дрейфы. Сохранение магнитного момента. [12]-§§1,2,3,10; [1]-§1.2; [5]-гл.3, §§1-5.
Адиабатические инварианты. Траектории частиц в пробкотроне. [1]-§2.3.
Кинетическое уравнение с самосогласованным полем. Интеграл столкновений (на примере плазмы с Z 1). H-теорема. [5]-гл.6, §§1-4,6,7.
Моменты кинетического уравнения. Уравнения двухжидкостной гидродинамики. Приближение одножидкостной магнитной гидродинамики. [17]-§1.
Понятие о методе Чепмена-Энскога нахождения коэффициентов переноса. [17].
Перенос плазмы в магнитном поле. Коэффициенты диффузии, температуропроводности. Амбиполярная диффузия. Бомовский коэффициент диффузии. Эффект Холла. Обобщенный закон Ома. [9]-гл.3, §3.4; [17]-§3, [3]-гл.5.
Излучение из плазмы (тормозное, рекомбинационное, циклотронное). Пробег излучения. [1]-§1.8; [7]-гл.5, §§1-4, [8]-§§6,7; [9]-§§7,8.
Ядерные реакции синтеза. Кулоновский барьер. Критерий Лоусона. Зажигание термоядерной реакции. [9]-§§1.1,1.2; [11]-§§2,4.

ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИКУ ПЛАЗМЫ, ЧАСТЬ I

(3 курс, 5 семестр, 36 часов, зачет)

Программа семинарских занятий

ассистент Сергей Викторович Мурахтин

Квазинейтральность плазмы, плоский зонд в плазме.
Формула Саха. Равновесные концентрации ионов примесей.
Быстрые заряженные частицы в плазме – времена замедления, рассеяния и торможения.
Убегающие электроны, поле Драйсера.
Ионизация и перезарядка атомов в плазме.
Гиромагнитный нагрев плазмы.
Классический пробкотрон: движение захваченных частиц, конус потерь, амбиполярный потенциал, адиабатические инварианты.
Время удержания плазмы в классическом пробкотроне и в газодинамической ловушке.
Движение заряженной частицы в поле прямого тока.
Траектории частиц в токамаке.
Моменты кинетического уравнения. Уравнение теплопереноса.
Кинетика простой плазмы (качественное рассмотрение).
Проводимость лоренцевской плазмы.
Излучение из плазмы.

Задания

ассистент Сергей Викторович Мурахтин

Плотность ионов в плазме как функция координаты х имеет вид ступеньки: она равна при х0, и при х>x₀, причем . Найти распределение потенциала и плотности электронов, если электронная температура равна Т.
Водород плотностью нагрет до температуры 0.5 эВ. Для того, чтобы увеличить проводимость плазмы, в нее добавляют примесь калия. Какова должна быть доля примесных атомов, чтобы число свободных электронов увеличилось в два раза? Энергия ионизации калия равна 4.5 эВ.
Электрон, имевший на бесконечности скорость , налетает с прицельным параметром на другой электрон, первоначально неподвижный. Какую энергию приобретет второй электрон после столкновения? Найти среднюю энергию , переданную неподвижному электрону, если налетающий электрон с равной вероятностью может пролететь в кружке, соответствующем прицельным расстояниям в интервале .
Найти транспортное сечение рассеяния ультрарелятивистского электрона на неподвижном кулоновском центре.
Найти, за какое время протон с энергией 5кэВ совершит полный оборот вокруг Земли в ее магнитном поле. Рассмотреть случай, когда составляющая скорости вдоль магнитного поля равна нулю и протон стартует с силовой линии, максимальное удаление от центра Земли которой равно 20тыс.км. Принять, что поле Земли создается диполем расположенным в ее центре, дипольный момент которого равен .
Электрон с энергией 1 эВ влетает в магнитное поле прямого тока I=1 кА на расстоянии r=5 см от проводника. Найти направление и величину дрейфовой скорости электрона, если его питч-угол равен 60⁰. На сколько изменится расстояние r, если ток в проводнике медленно увеличить в два раза?
В пробочное магнитное поле инжектируется пучок заряженных частиц, имеющих одинаковые значения энергии и питч-угла. По какому закону изменяется плотность заряженных частиц вдоль силовой линии , если известно, что они отражаются в точке, где , а их плотность в минимуме поля равна ?
Вычислить проводимость лоренцевской плазмы, решив кинетическое уравнение по методу Чепмена-Энскога.
Вычислить, за какое время остынет термоядерная плазма с вследствие тормозного излучения электронов?
Найти время замедления термоядерных -частиц в плазме с .

Литература

Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат, 1979.
Александров А.Ф., Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. Основы электродинамики плазмы. М.: Высш. шк., 1978.
Чен Ф. Введение в физику плазмы. М.: Мир, 1987.
Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Статистическая физика, ч.1. М.: Наука,1976.
Франк-Каменецкий Д.А. Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1968.
Кролл Н., Трайвелпис А. Основы физики плазмы. М.: Мир, 1975.
Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966.
Жданов В.П. Элементарные процессы в высокотемпературной плазме. Препринт ИЯФ СО АН СССР №80-110, 1980.
Арцимович Л.А. Управляемые термоядерные реакции. М.: Физматгиз, 1961.
Трубников Б.А. Вопросы теории плазмы. Вып.1. М.: Атомиздат, 1963. С.98.
Лукьянов С.Ю. Горячая плазма и управляемый термоядерный синтез. М.: Наука, 1975.
Сивухин Д.В. Вопросы теории плазмы. Вып.1. М.: Атомиздат, 1963. С.7.
Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979.
Сивухин Д.В. Вопросы теории плазмы. Вып.4. М.: Атомиздат, 1964. С.81.
Кудрин Л.П. Статистическая физика плазмы. М.: Атомиздат, 1974.
Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.
Брагинский С.И. Вопросы теории плазмы. Вып.1. М.: Атомиздат, 1963. С.183.
Рютов Д.Д. УФН. 1988. Т. 154, № 4, С. 565.
Ступаков Г.В., Котельников И.А. Лекции по физике плазмы. Новосибирск: Изд-во НГУ, 1996.