Компьютерное моделирование каскадов радиационных повреждений

Beschreibung: Изучение основных методов компьютерного моделирования каскадов радиационных повреждений, овладение практическими навыками моделирования в различных средах. Введение в математическое моделирование. Элементарные математические модели, получение мат. модели из фундаментальных законов природы. Использование численных методов при моделировании физических процессов. Метод сеток. Метод конечных элементов. Получение моделей с применением вариационных принципов. Иерархические модели.

Betrag der Credits: 4

Пререквизиты:

• Компьютерное моделирование физических процессов

Arbeitsintensität der Disziplin:

Komponente: Компонент по выбору

Zyklus: Базовые дисциплины

Цель

• дать студентам знания и опыт по проектированию аналоговых устройств обработки звуковых сигналов на основе современных методов математического моделирования, реализованных в системах схемотехнического моделирования на базе персональных компьютеров.

Задача

• Раскрывается специфика поведения конструкционных и функциональных материалов, в частности наноматериалов при воздействии ионизирующих излучений, рассматриваются основные направления повышения радиационной стойкости материа-лов, в том числе наноматериалов

Результат обучения: знание и понимание

• – основные методы компьютерного моделирования физических систем; – особенности моделирования физических систем; – особенности моделирования радиационных повреждений.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• – анализировать компьютерные модели физических процессов; – уметь применять на практике программы общего и специального назначения для моделирования физических процессов в конденсированных системах.

Результат обучения: формирование суждений

• Формирование знаний фундаментальных положений физики, экспериментальных, теоретических и компьютерных методов исследования, планирования, организации и ведения научно-технической работы.

Результат обучения: коммуникативные способности

• готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе; готовность использовать основные законы дисциплины в профессиональной деятельности, применять методы теоретического и экспериментального исследования.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• 1 методологию научного познания 2 применять научные методы познания в профессиональной уровне 3 решения стандартных научных и профессиональных задач

Lehrmethoden

При чтении лекций по данной дисциплине используется такой неимитационный метод активного обучения, как «Проблемная лекция». Перед изучением модуля обозначается проблема, на решение которой будет направлен весь последующий материал модуля. При чтении лекции используются мультимедийные презентации. При выполнении практических работ используются прием интерактивного обучения «Кейс-метод»: выдается задание магистрантам для подготовки к выполнению работы; с преподавателем обсуждается цель работы и ход её выполнения; цель анализируется с разных точек зрения, выдвигаются гипотезы, делаются выводы, анализируются полученные результаты. В качестве инновационных методов контроля используется: промежуточное и итоговое тестирование.

Bewertung des Wissens der Studierenden

Die Bewertungspolitik der Lernergebnisse nach Arbeitstyp

Bewertungsbogen

Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:

• 40% результата, полученного на экзамене;
• 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

 

где, Р₁, Р₂ – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:

Темы лекционных занятий

• Области применения компьютеров в физике: компьютерное моделирование (эксперимент), численный анализ, автоматизация физического эксперимента, аналитические вычисления и другие применения компьютеров (базы данных, интернет и др.).
• Применение метода Монте-Карло для численного интегрирования. Равномерное и неравномерное распределение случайного числа. Генераторы случайных чисел. Идея предпочтительной выборки. Случайные блуждания. Алгоритмы получения заданного распределения. Метод Метрополиса получения заданного распределения.
• Уравнения движения в методе МД. Силы и потенциалы межатомного взаимодействия. Парные потенциалы: Леннарда-Джонса, Морзе и др. Многочастичные потенциалы: модель погруженного атома, потенциал Стиллинджера-Вебера, потенциал Саттон-Чена, EAM, МЕАМ и др. Обрезание потенциала.
• Связанные состояния одномерного уравнения Шредингера. Нестационарное уравнение Шредингера и метод случайных блужданий. Квантовый метод Монте-Карло для одномерного уравнения Шредингера.
• Зонная и кластерная модели электронной структуры. Теория функционала плотности. Методы расчета электронной структуры.
• Квантовый метод Монте-Карло для многоэлектронных систем. Численные алгоритмы и компьютерные программы, реализующие современные методы зонной и кластерной моделей.
• Моделирование междоузельных атомов и вакансий в твердых телах методами классической и первопринципной МД.
• Применение методов МД и МК для моделирования диффузии в твердых телах. Численные алгоритмы и компьютерные программы для моделирования каскадов.
• Механизмы радиационного повреждения твердых тел при нейтронном облучении. Образование смещенных атомов быстрыми нейтронами. Образование смещенных атомов медленными и тепловыми нейтронами.
• Механизмы взаимодействия гамма-излучения с веществом. Моделирование методом Монте-Карло радиационных эффектов в твердых телах при облучении их γ-квантами. Программы моделирования.
• Процессы взаимодействия электронов с веществом: ионизационные потери энергии электронов, тормозное излучение, многократное рассеяние электронов, неупругие столкновения электронов с большой передачей энергии.
• Построение атомных моделей фуллеренов. Применение методов компьютерного моделирования для оптимизации структуры фуллероноподобных частиц. Моделирование электронной структуры фуллеренов методами квантовой физики.
• Построение атомных моделей нанотрубок (НТ). Применение методов компьютерного моделирования для оптимизации структуры НТ.
• Моделирование механических свойств НТ методами МД и квантовой физики. Моделирование электронной структуры НТ.
• Построение атомных моделей поверхности, межфазных границ и графена. Применение методов компьютерного моделирования для исследования свойств квазидвумерных структур.

Основная литература

• 1. Щеглова И. Ю., Богуславский А. А. Моделирование колебательных процессов (на примере физических за-дач). – Коломна, 2009. 2. Богуславский А.А., Щеглова И.Ю. Лабораторный практикум по курсу "Моделирование физических процес-сов": Учебно-методическое пособие для студентов физи-ко-математического факультета. – Коломна: КГПИ, 2002 г. – 88 стр. 3. Биккин Х.М. Колебания: Учеб. пособие. Екатерин-бург: Изд-во Урал. ун-та, 2001. 136 с. 4. Томилин А.К. Методы нелинейной теории колебаний. Учебно-методическое пособие. У-К, 1995.