Плазма физикасы және термоядролық реакторлар

Сипаттама: Курс студенттерді плазма физикасы мен термоядролық реакторлардың негізгі ұғымдарымен таныстырады. Тепе-теңдік бөлу функциясын құру динамикасының мәселелері қарастырылады. Басқарылатын термоядролық синтез үшін ыстық плазма параметрлеріне қойылатын талаптар. Энергетикалық реакторда термоядролық энергияны пайдалану схемасы. Ядролық реактормен салыстыру.

Кредиттер саны: 5

Пререквизиты:

• Механиканың физикалық негіздері
• Инженерлік білім беруге кіріспе

Пәннің еңбек сыйымдылығы:

Компонент: Таңдау бойынша компонент

Цикл: Кәсіптік пәндер

Мақсат

• Кәсіби қызметте талап етілетін білім мен дағдыларды игеру, сондай-ақ кейінгі бейіндік пәндерді игеру кезінде алынған білімді пайдалану үшін басқарылатын термоядролық синтездің физикалық негіздерін зерделеу.

Міндет

• Студентті заманауи плазмалық қондырғылармен және олардың құрылымдық элементтерімен таныстыру. Курс студенттерді бұрын алған математика және физика бойынша теориялық базалық білімдерін практикалық қолданумен ғана емес, сонымен қатар күрделі физикалық эксперименттерді қою мен жүргізудегі соңғы жетістіктер туралы, сондай-ақ ғылыми-технологиялық салада (криогеника, жоғары вольтты техника, компьютерлік басқару жүйелері және т.б.) түсінік алуға мүмкіндік береді.

Оқыту нәтижесі: білу және түсіну

• - физика бөлімі ретінде плазма физикасы, оның міндеттері және оларды шешу әдістері туралы; - плазмадағы магнит өрісінде және онсыз негізгі тасымалдау процестері туралы - плазмадағы бөлшектердің дрейфтік қозғалысының түрлері туралы; - ядро бөлінуінің тізбекті реакциясы туралы; - плазманы қыздыру және ұстап қалу тәсілдері туралы; - плазманы алатын және ұстап тұратын құрылғылар туралы; - плазмадағы толқындық процестер туралы.

Оқыту нәтижесі: білім мен ұғымды қолдану

• - берілген параметрлер бойынша плазма сипаттамаларын есептеу; - плазмадағы бөлшектердің дрейфтік қозғалысының жылдамдығын бағалау; - қарапайым конфигурацияның магнит өрістерінің плазма әрекетіне әсерін түсіндіріңіз.

Оқыту нәтижесі: талқылай білуді қалыптастыру

• Ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында жұмыс істеу кезінде осы білімді қолдану үшін магнит өрісіндегі плазма мінез-құлқының заңдылықтары туралы физикалық түсініктерді қалыптастыру.

Оқыту нәтижесі: коммуникативтік қабілеттіліктер

• Білім алушыларда жабдықтар мен плазмалық технологиялар саласындағы ұғымдар мен түсініктер жүйесін тереңдету.

Оқыту нәтижесі: Оқу дағдылары немесе сабаққа қабілеттілігі

• Жабдықтар мен термоядролық реакторлар саласындағы теориялық және практикалық мәселелерді зерделеу.

Оқыту әдістері

Оқу сабақтарын өткізу кезінде мынадай білім беру технологияларын пайдалану көзделеді: - интерактивті дәріс (оқытудың келесі белсенді түрлерін қолдану: атқарушы (басқарылатын) пікірталас немесе әңгімелесу; модерация; слайдтарды немесе оқу фильмдерін көрсету; ми шабуылы; мотивациялық сөйлеу); - берілген шарттар негізінде әртүрлі жағдайлардың даму сценарийлерін құру; - ақпараттық-коммуникациялық (мысалы, қолданбалы бағдарламалардың кәсіби пакеттерін пайдалана отырып, компьютерлік сыныптағы сабақтар); - іздеу-зерттеулік (оқу үрдісінде студенттердің өзіндік зерттеу қызметі); - оқу есептерін шешу.

Білім алушының білімін бағалау

Оқытушы ағымдағы бақылау жұмыстарының барлық түрлерін жүргізеді және академиялық кезеңде екі рет білім алушылардың ағымдағы үлгеріміне тиісті баға береді. Ағымдағы бақылау нәтижелері бойынша 1 және 2 рейтинг қалыптастырылады. Білім алушының оқу жетістіктері 100 балдық шкала бойынша бағаланады, Р1 және Р2 қорытынды бағасы ағымдағы үлгерім бағасынан орташа арифметикалық ретінде шығарылады. Академиялық кезеңде білім алушының жұмысын бағалауды пән бойынша тапсырмаларды тапсыру кестесіне сәйкес оқытушы жүзеге асырады. Бақылау жүйесі жазбаша және ауызша, топтық және жеке формаларды біріктіре алады.

Жұмыс түрлері бойынша оқыту нәтижелерін бағалау саясаты

Бағалау нысаны

Пән бойынша білім алушының білімін қорытынды бағалау 100 баллдық жүйе бойынша жүзеге асырылады және:

• Емтиханда алынған нәтиженің 40%;
• Ағымдағы үлгерімнің 60% - ы.

Қорытынды бағаны есептеу формуласы:

 

мұндағы, Р1, Р2-тиісінше бірінші, екінші рейтингті бағалаудың сандық эквиваленттері;

Э - емтихандағы бағаның сандық баламасы.

Қортынды әріптік бағасы және оның балдық сандық эквиваленті:

Төрт балдық жүйе бойынша цифрлық баламаға сәйкес келетін білім алушылардың оқу жетістіктерін бағалаудың әріптік жүйесі:

Дәріс сабақтарының тақырыптары

• Плазма, плазманың квазинейтралдылығы, зарядтардың бөлінуінің кеңістіктік масштабы, дебай радиусы, зарядтардың бөлінуінің уақытша масштабы, плазмалық жиілік, плазмадағы зарядтың дебай экрандалуы, плазмалық тербелістер
• Идеал газдың термодинамикасы, плазма температурасы, плазманың жылу және Кулон энергиясы, еркін энергия мен плазма қысымына кулондық түзетулер, тепе-теңдік ионизациясы және қант формуласы
• Фазалық кеңістіктегі плазмалық бөлшектердің таралу функциясы, кинетикалық теңдеу, Власов теңдеуі, Больцман теңдеуі және Крук моделі, Максвелл бөлу функциясы және орташа мәндер
• Соқтығысудың жиілігі мен қимасы, еркін жүріс ұзындығы, зарядталған бөлшектер үшін "соқтығысу" ұғымы, көлік қимасы
• Дрейф қозғалысы, қиылысқан электромагниттік өрістердегі дрейф, гетерогенді магнит өрісіндегі дрейф, градиент дрейфі, центрифугалық дрейф, ауыспалы электр өрісіндегі дрейф, поляризациялық дрейф
• Адиабатикалық қозғалыс инварианттары, тығындағы бөлшектердің траекториясы, жердің магнитосферасы, адиабатикалық жағдайлардың бұзылу мысалдары, плазманың магниттік сорылуы, циклотронды қыздыру
• Тасымалдау құбылыстары, тасымалдау теориясының екі мәселесі
• Плазманың өткізгіштігі, классикалық диффузия, бомбаның диффузиясы, амбиполярлық диффузия, соңғы өлшемді магниттелген плазмадағы диффузия, Саймон эффектісі
• Қозғалыс теңдеулері, үздіксіздік теңдеуі, күй теңдеуі, плазманың гидродинамикалық теңдеулерінің толық жүйесі, Максвелл теңдеулері, магниттік гидродинамиканың жақындауы, плазмадағы магнит өрісінің күші үшін теңдеу
• Ядролық синтез реакциялары, кулондық кедергі, Лоусон өлшемі
• Пинч-эффектке негізделген құрылғылар, сызықтық Z-пинч және-пинч, пинч тепе-теңдік жағдайы, пинч плазмасын қыздыру механизмі, пинч тұрақсыздығы және оларды тұрақтандыру тәсілдері
• Фазалық және топтық жылдамдық, толқындық теңдеу, дисперсиялық теңдеу, толқындық процестің екі есебі, плазмадағы электромагниттік толқын үшін өріс теңдеуі
• Реактор кезеңі
• Реактордың физикалық параметрлеріне температураның әсері
• Энергетикалық жұмыс режимдеріндегі реактор кинетикасы

Негізгі әдебиет

• 1. Л.А. Арцимович. Управляемые термоядерные реакции. М.. ГИФМЛ. 1961. 2. Д. Роуз, М. Кларк. Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции.М.. Госатомиздат. 1963. 3. Д.А. Франк-Каменецкий. Лекции по физике плазмы.М.. Атомиздат. 1968. 4. Н. Кролл, А. Трайвелпис. Основы физики плазмы. М.. Мир, 1975. 5. Ф. Чен. Введение в физику плазмы. М.. Мир, 1987. 6. И.А.Котельников, Г.В. Ступаков. Лекции по физике плазмы. Новосибирск,1996

Қосымша әдебиеттер

• 1. Л.А. Арцимович. Что каждый физик должен знать о плазме. М.. Атомиздат. 1976. 2. С.Д. Коровин, В.В. Рыжов. Азбука физики плазмы. Учебное пособие, ТПУ, 2001.