Физика плазмы и термоядерные реакторы
内容描述: Курс знакомит студентов с основными понятиями физики плазмы и термоядерных реакторов. Рассматриваются вопросы динамики установления равновесной функции распределения. Требования к параметрам горячей плазмы для управляемого термоядерного синтеза. Схема использования термоядерной энергии в энергетическом реакторе. Сопоставление с ядерным реактором.
贷款数: 5
Пререквизиты:
- Физические основы механики
- Введение в инженерное образование
*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:
| *TypesOfClasses(zh-CN)* | *hours(zh-CN)* |
|---|---|
| *Lectures(zh-CN)* | 15 |
| *PracticalWork(zh-CN)* | |
| *LaboratoryWork(zh-CN)* | 30 |
| *srop(zh-CN)* | 30 |
| *sro(zh-CN)* | 75 |
| *FormOfFinalControl(zh-CN)* | экзамен |
| *FinalAssessment(zh-CN)* |
零件: Компонент по выбору
循环次数: Профилирующие дисциплины
Цель
- Изучение физических основ управляемого термоядерного синтеза для приобретения знаний и навыков, требующихся в профессиональной деятельности, а также использования полученных знаний при освоении последующих профильных дисциплин.
Задача
- Ознакомить студента с современными плазменными установками и элементами их конструкции.
Результат обучения: знание и понимание
- - о физике плазмы как разделе физики, ее задачах и методах их решения; - об основных процессах переноса в плазме в магнитном поле и без него - о видах дрейфового движения частиц в плазме; - о цепной реакции деления ядер; - о способах нагрева и удержания плазмы; - об устройствах, с помощью которых получают и удерживают плазму; - о волновых процессах в плазме.
Результат обучения: применение знаний и пониманий
- - рассчитывать характеристики плазмы по заданным параметрам; - делать оценки скорости дрейфового движения частиц в плазме; - объяснить влияние магнитных полей простой конфигурации на поведение плазмы.
Результат обучения: формирование суждений
- Формирование физических представлений о закономерностях поведения плазмы в магнитном поле для применения этих знаний при работе в различных областях науки и техники.
Результат обучения: коммуникативные способности
- Углубить у обучающихся систему понятий и представлений в области оборудования и плазменной технологий.
Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе
- Изучить теоретические и практические вопросы в области оборудования и термоядерных реакторов.
*TeachingMethods(zh-CN)*
При проведении учебных занятий предусматривается использование следующих образовательных технологий: - интерактивная лекция (применение следующих активных форм обучения: ведомая (управляемая) дискуссия или беседа; модерация; демонстрация слайдов или учебных фильмов; мозговой штурм; мотивационная речь); - построение сценариев развития различных ситуаций на основе заданных условий; - информационно-коммуникационная (например, занятия в компьютерном классе с использованием профессиональных пакетов прикладных программ); - поисково-исследовательская (самостоятельная исследовательская деятельность студентов в процессе обучения); - решение учебных задач.
*AssessmentKnowledge(zh-CN)*
Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.
| *Period2(zh-CN)* | *TypeOfTask(zh-CN)* | *Total(zh-CN)* |
|---|---|---|
| 1 *Rating(zh-CN)* | Коллоквиум | 0-100 |
| Индивидуальные задания | ||
| Выполнение и защита лабораторных работ | ||
| Рубежный контроль 1 | ||
| 2 *Rating(zh-CN)* | Рубежный контроль 2 | 0-100 |
| Коллоквиум | ||
| Индивидуальные задания | ||
| Выполнение и защита лабораторных работ | ||
| *TotalControl(zh-CN)* | экзамен | 0-100 |
*PolicyAssignmentTask(zh-CN)*
| *TypeOfTask(zh-CN)* | 90-100 | 70-89 | 50-69 | 0-49 |
|---|---|---|---|---|
| Excellent | *Grade4(zh-CN)* | *Grade3(zh-CN)* | *Grade2(zh-CN)* |
*EvaluationForm(zh-CN)*
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:
| И= 0,6 | Р1+Р2 | +0,4Э |
| 2 |
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:
| Оценка по буквенной системе | Цифровой эквивалент | Баллы (%-ное содержание) | Оценка по традиционной системе |
|---|---|---|---|
| A | 4.0 | 95-100 | Отлично |
| A- | 3.67 | 90-94 | |
| B+ | 3.33 | 85-89 | Хорошо |
| B | 3.0 | 80-84 | |
| B- | 2.67 | 75-79 | |
| C+ | 2.33 | 70-74 | |
| C | 2.0 | 65-69 | Удовлетворительно |
| C- | 1.67 | 60-64 | |
| D+ | 1.33 | 55-59 | |
| D | 1.0 | 50-54 | |
| FX | 0.5 | 25-49 | Неудовлетворительно |
| F | 0 | 0-24 |
Темы лекционных занятий
- Плазма, квазинейтральность плазмы, пространственный масштаб разделения зарядов, радиус Дебая, временной масштаб разделения зарядов, плазменная частота, дебаевское экранирование заряда в плазме, плазменные колебания.
- Термодинамика идеального газа, температура плазмы, тепловая и кулоновская энергия плазмы, кулоновские поправки к свободной энергии и давлению плазмы, равновесная ионизация и формула Саха
- Функция распределения частиц плазмы в фазовом пространстве, кинетическое уравнение, уравнение Власова, уравнение Больцмана и модель Крука, функция распределения Максвелла и средние значения.
- Частота и сечение столкновений, длина свободного пробега, понятие «столкновения» для заряженных частиц, транспортное сечение.
- Дрейфовое движение, дрейф в скрещенных электромагнитных полях, дрейф в неоднородном магнитном поле, градиентный дрейф, центробежный дрейф, дрейф в переменном электрическом поле, поляризационный дрейф
- Адиабатические инварианты движения, траектории движения частиц в пробкотроне, магнитосфера Земли, примеры нарушения условий адиабатичности, магнитная накачка плазмы, циклотронный нагрев.
- Явления переноса, две задачи теории переноса. Диффузионные процессы, теплопроводность, вязкость, проводимость, закон Ома для плазмы, нагрев плазмы в электрическом поле, убегающие электроны.
- Проводимость плазмы, классическая диффузия, Бомовская диффузия, амбиполярная диффузия, диффузия в замагниченной плазме конечных размеров, эффект Саймона. Формула Спитцера.
- Уравнения движения, уравнение непрерывности, уравнение состояния, полная система гидродинамических уравнений для плазмы, уравнения Максвелла, приближения магнитной гидродинамики, уравнение для напряженности магнитного поля в плазме.
- Ядерные реакции синтеза, кулоновский барьер, критерий Лоусона.
- Устройства, основанные на пинч-эффекте, линейный Z-пинч и -пинч, условие равновесия пинча, механизм нагрева плазмы пинча, неустойчивости пинча и приемы их стабилизации.
- Фазовая и групповая скорости, волновое уравнение, дисперсионное уравнение, две задачи о волновом процессе, уравнение поля для электромагнитной волны в плазме.
- Период реактора. Запаздывающие нейтроны. Фотонейтроны. Среднее время жизни нейтрона в реакторе. Нестационарные диффузионные уравнения с учетом запаздывающих нейтронов. Решение уравнений с любым числом групп. Реактивность. Единицы измерения реактивности. Решение уравнений кинетики с учетом одной группы запаздывающих нейтронов. Анализ переходного процесса при положительном и отрицательном скачке реактивности. Кинетика реактора при линейном изменении реактивности.
- Влияние температуры на физические параметры реактора. Температурный эффект и температурный коэффициент реактивности. Ядерный, плотностной и мощностной коэффициенты реактивности. Изменение температурного коэффициента реактивности по мере выгорания топлива. Эффекты реактивности в быстрых реакторах. Саморегулирование ядерных реакторов.
- Кинетика реактора в энергетических режимах работы. Физические условия устойчивости реактора. Пространственная устойчивость. Концепция безопасности ядерных реакторов в мире и в Казахстане. Системы безопасности. Анализ безопасности.
Основная литература
- 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
Дополнительная литература
- 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.
