Адрес e-mail:

Учебный план и программы курсов

В базовом цикле обучения на кафедре читаются курсы по следующим темам:

В бакалавриате:

Семинар «Методы решения междисциплинарных физических задач»

(5- 6 семестр)

В.В. Лиханский

Физика и техника газового разряда

(6-7 семестр)

Н.И. Трушкин

Плазменные преобразователи энергии

 (7-8 семестр)

В.В. Решетняк

Физика лазеров

(7-8 семестр)

Д.В. Высоцкий

Дополнительные главы вычислительной физики

(8 семестр)

Н.Н. Ёлкин 

В магистратуре

Основы физики пылевой плазмы

 (9 семестр)

А.В. Филиппов 

Плазмодинамика

(9 семестр)

В.М. Сафронов 

Взаимодействие излучения с веществом

(9-10 семестр)

В.В. Лиханский

Управляемый термоядерный синтез

 (9-10 семестр)

И.М. Позняк 

Взаимодействие плазмы с конструкционными материалами (10 семестр)

В.М. Сафронов

Краткое содержание курсов


Физика и техника газового разряда


Виды электрического тока в газах. Несамостоятельные и самостоятельные токи в вакууме и газе. Установившиеся и нестационарные токи. Пробой газа. Переход одного вида тока в другой. Прохождение тока в высоком вакууме. Ток при движении одной частицы. Движение заряда в электрических, магнитных и скрещенных полях. Движение в неоднородных полях. Ток в вакууме без и при наличии объемных зарядов. Ток частиц одного знака. Биполярный ток. Собственные поля тока в вакууме. Компенсация объемного заряда. Релятивистские электронные пучки.


Элементарные процессы в плазме газового разряда. Виды взаимодействия. Эффективное сечение процесса. Взаимодействие двух частиц и законы сохранения импульса. Упругие взаимодействия. Формула Резерфорда. Приближение Борна. Метод сферических волн. Электронный обмен. Поляризационный эффект. Рассеяние электронов молекулами. Ионизация: прямая, ступенчатая. Фотоионизация. Потенциал ионизации водорода. Ионизация с внутренних оболочек. Термическая ионизация. Формула Саха. Снижение потенциала ионизации. Автоионизация. Рекомбинация: излучательная, тройная, диссоциативная. Коэффициент рекомбинации. Рекомбинационный континуум. Экспериментальное определение температуры и концентрации электронов в плазме.


Элементарные процессы на граничных поверхностях. Электронный газ в металле. Распределение Ферми. Потенциальный барьер. Прозрачность барьера. Работа выхода электронов из металла. Термоэлектронная эмиссия. Эффект Шоттки. Эффективная работа выхода. Распределение термоэлектронов по скоростям. Автоэлектронная эмиссия. Гамма – процессы. Эмиссия при наличии пленок. Явления на аноде. Рентгеновское излучение.


Кинетическое уравнение для электронного газа. Вывод уравнения. Следствие из кинетического уравнения. Уравнение баланса частиц, сохранение электрического заряда. Плотность тока. Учет столкновений, ионизации и рекомбинации. Приближение Лорентца. Распределение Больцмана, Максвелла, Дрювенстейна. Влияние неупругих процессов на функцию распределения.


Теория тока на вспомогательный зонд. Теория Ленгмюра и Мотт – Смита. Потенциал Дебая – Хюккеля. Теория Бома. Зондовая характеристика одиночого и двойного зонда. Определение функции распределения электронов по энергии.


Направленный ток и подвижность электронов. Лорентцево приближение. Влияние магнитного поля. Экспериментальное определение подвижности. Измерение скорости дрейфа. Направление движения ионов. Диффузия заряженных частиц. Диффузия электронов и ионов.  Соотношение между подвижностью и диффузией. Двуполярная диффузия. Амбиполярное поле и коэффициент амбиполярной диффузии.


Электрический пробой в газе. Теория пробоя Таунсенда. Влияние процессов на электродах и в газе на пробой. Законы подобия. Закон Пашена. Запаздывание пробоя. Теория стримерного пробоя. ВЧ, СВЧ, оптический пробои.


Темный, поднормальный, нормальный, аномальный разряды. Переход к дуге. Вольт – Амперная характеристика газового разряда. Влияние приэлектродных процессов на положительный столб.


Характерные черты нормального тлеющего разряда. Закон «нормальной» плотности тока. Уравнение для прикатодной области, вольт – амперная характеристика.  Отрицательное свечение и фарадеево темное пространство. Положительный столб. Теория Шоттки. Аномальный тлеющий разряд.


Тлеющий разряд при повышенных давлениях. Непрерывный и импульсный разряды. Процессы, определяющие объемную стадию импульсного разряда. Методы формирования объемного разряда. Импульсно – периодические разряды. Тлеющий разряд в потоке газа.  Неустойчивости тлеющего разряда повышенного давления.


Дуговой разряд. Виды дугового разряда. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах. Положительный столб дугового разряда. Каналовая модель. Высотемпературные потоки плазмы в плазмотронах. Плазменные ускорители. Влияние магнитного поля.

Коронный разряд. Виды коронного разряда. Искровой разряд, лидерный процесс.


Диэлектрический барьерный разряд. Физика и режимы горения ДБР. Поверхностный барьерный разряд. Методы и техника создания.


Современные применения газовых разрядов (газовые лазеры, плазмохимия, плазменные панели, аэродинамика, плазменная медицина и т.д.).


Физика лазеров


Принцип работы лазеров, способы создания инверсии. Характеристики лазерного излучения. Типы лазеров, используемые в настоящее время в промышленности, средствах связи и научных лабораториях, и их характеристики.


Основные характеристики лазерной кинетики: коэффициент усиления, мощность насыщения усиления. Уравнения переноса излучения в усиливающих и поглощающих средах. Модель Ригрода.


Спектр генерации лазеров. Факторы уширения линии. Причины возникновения многочастотного спектра. Оценка ширины линии одномодового одночастотного лазера.


Расчёт мощности стационарной генерации в рамках ригродовской модели среды. Приближение постоянной внутрирезонаторной интенсивности. Максимальная мощность усилителя.


Описание распространения излучения. Поляризация, ТЕ и ТМ моды. Малоугловое приближение, гауссовы пучки, их преобразование при распространении. Другие типы пучков, создаваемые лазерами.


Оптические резонаторы. Понятие продольных и поперечных мод. Классификация типов резонаторов. Интегральные уравнения для поля в резонаторе. Селекция мод в неустойчивых резонаторах. Методы усиления дискриминации высших мод.


Компоненты современных резонаторов. Оптические изоляторы. Брэгговские отражатели. Дисковые лазеры. Основы теории волноводов. Волоконные лазеры и усилители. Встроенные волноводы, антирезонансные и резонансные интегрированные волноводы. Фотонно кристаллические волокна.


Понятие квазистационарной генерации, короткие и ультракороткие импульсы. Режим мгновенного включения добротности. Установление стационарной генерации после включения накачки. Устойчивость стационарной генерации.


Модуляция добротности: активная и пассивная. Механизм выделения импульса при пассивной синхронизации мод. Используемые устройства.


Распространение импульса излучения в усиливающей среде, решение Франца-Нодвика. Нелинейные эффекты в двухкомпонентной среде. Формирование фронта импульса. Лазерный термоядерный синтез.


Способы определения качества излучения. М-квадрат фактор.


Крупно- и мелкомасштабная самофокусировка излучения при распространении в среде. Аберрации и проблемы теплоотвода. Адаптивная оптика.


Обращение волнового фронта (ОВФ) и его использование для повышения качества выходного излучения. Оптический резонатор как устройство ОВФ для моды резонатора. Статическая и динамическая голография. ОВФ на нелинейных ячейках.


Методы когерентного и некогерентного сложения пучков излучения от многоканальных лазерных систем. Спектральное сложение. Связь через дальнюю зону и эффект Тэлбота. Фазовая синхронизация неидентичных лазеров.


Режим самосинхронизации продольных мод, генерация коротких импульсов.


Влияние дисперсии групповых скоростей и фазовой самомодуляции на распространение коротких импульсов и их спектр. Модуляционная неустойчивость.


Солитонные решения в оптике, солитонные линии связи.


Четырёхволновое взаимодействие и его влияние на уширение спектра в усилителе. Самостартующий лазер.


Комбинационное рассеяние и его применение: спектроскопия, рамановские лазеры и усилители. Бриллюэновское рассеяние в лазерных средах, его роль при проектировании мощных лазерных систем.


Уравнения для матрицы плотности. Уравнения Блоха. Задача Раби. 2p - импульс.


Самоиндуцированная прозрачность. Фотонное эхо.


Газовые лазеры: схема работы СО2 лазера, химические лазеры (HF/DF иод-кислородные), газодинамические лазеры. Лазеры на парах металлов.


Полупроводниковые лазеры: схема уровней, электронное и оптическое ограничение, квантовые ямы и точки, квантово-каскадные структуры; накачка инжекцией, электронным пучком и оптическая. Лазеры с излучением в торец, с вертикальным резонатором, с распределённой обратной связью. Достигнутые параметры и варианты применения.


Твердотельные: объёмные, дисковые и волоконные лазеры.


Плазменные преобразователи энергии


Понятия «плазменная энергетика» и «плазменные преобразователи энергии» (ППЭ). Классификация ППЭ. Обзор общих свойств низкотемпературной плазмы (НТП).


Баланс заряженных частиц в НТП. Виды элементарных актов ионизации, возбуждения, тушения рекомбинации. Сечения и константы скоростей этих процессов. Уравнения баланса заряженных частиц, кинетическое уравнение, функция распределения электронов. Особенности баланса заряженных частиц в разных конкретных случаях НТП. Ионизационное равновесие. Термодинамические функции неидеальной плазмы.


Процессы переноса в НТП. Подвижность заряженных частиц и электропроводность НТП. Кинетический и гидродинамический подходы. Экспериментальные факты. Диссипативные процессы в НТП: диффузия, вязкость, теплопроводность. Электронная и амбиполярная диффузия. Электронная и молекулярная теплопроводность. Молекулярная и турбулентная вязкость, теплопроводность и диффузия.


Закон Ома в НТП. НТП без магнитного поля: вольтамперная характеристика (ВАХ) и ее связь с законом Ома. Влияние поперечных и продольных неоднородностей на ВАХ. Закон Ома в магнитном поле. Эффект Холла в НТП. Случай неоднородной плазмы, эффективная электропроводность, эффективный параметр Холла, теория и эксперимент.


Баланс энергии в НТП. Мощность джоулева нагрева электронов. Передача энергии в столкновениях между сортами частиц. Упругие и неупругие столкновения I и II рода. Перенос излучения температуры разных компонент НТП. Конкретные случаи баланса энергии в разных типах НТП.


Неустойчивости и нелинейные явления в НТП. Контракция тока в НТП. Тепловая контракция. Ионизационно-термическая неустойчивость. Возможные причины неустойчивостей, приводящих к шнурованию НТП атомарных и молекулярных газов. Нормальная плотность тока контрагированного состояния. Состояние плазмы в контрагированном шнуре в зависимости от давления, полного тока и состава газа. Эксперимент и теория.


Страты в НТП. Причины возникновения поперечных страт: неустойчивости в атомарных и молекулярных газах. Случай перегревной неустойчивости. Образование доменов. Амплитуды, размеры, скорость движения страт.


Ионизационная неустойчивость и ионизационная турбулентность. Физическая картина ионизационной неустойчивости в магнитном поле. Порог по параметру Холла, по степени ионизации. Инкремент нарастания. Стабилизирующие факторы. Размеры и скорости движения слоев. Амплитуды неоднородностей. Развитие ионизационной турбулентности. Физическая модель ионизационной турбулентности, экспериментальные факты.


Волна ионизации. Понятие волны ионизации. Аналогия с волной горения. Предельные случаи важности учета баланса энергии электронов или баланса числа частиц. Волна ионизации в плазме газоразрядных лазеров и плазменных МГД-преобразователей. Теоретические модели и экспериментальные исследования.


Дополнительные главы вычислительной физики


Задача об изгибе тонкого упругого стержня – пример нелинейной проблемы собственных значений.


Уравнения классической электродинамики. Приближение скалярной теории дифракции для слабо-неоднородных сред и узконаправленных волновых пучков. Параболическое волновое уравнение.


Параболическое уравнение в системе координат с запаздывающим временем (уравнение Шредингера). Интеграл Френеля-Кирхгофа. Гауссовы пучки.


Численное решение параболического уравнения в вакууме с помощью быстрого преобразования Фурье. Прямое вычисление интеграла Френеля-Кирхгофа. Алгоритм быстрой свертки.


Расчет поля в дальней зоне. Алгоритм быстрого z-преобразования. Быстрое преобразование Ханкеля.


Конечно-разностные методы для задачи распространения пучков в среде. Устойчивость разностных схем для уравнения Шредингера. Разностная схема для нелинейной среды.


Волновое описание оптических волноводов. Полная векторная модель. Задача на собственные значения для нормальных мод. TEM-мода в однородном диэлектрике. ТЕ- и ТМ- моды в 2-мерном  волноводе.


Точное решения задачи о ТЕ-моде в 2-мерном волноводе с параболическим профилем диэлектрической проницаемости. Точные решения задачи о ТЕ- и ТМ-модах в 2-мерном  волноводе со ступенчатым профилем показателя преломления.


Параболическое приближение и аппроксимация Паде для распространения излучения в волноводе.


Разностная схема Кранка-Николсона для расчета распространения излучения в 2-мерном волноводе. Учет аппроксимации Паде.


Численное решение задачи о нормальных ТЕ- и ТМ-модах в 2-мерном  волноводе.


Разностные схемы для задачи о распространении излучения в 3-мерном волноводе. Сравнение с нестационарным 2-мерным уравнением теплопроводности.


Разностная схема для расчета нормальных мод в 3-мерном волноводе. Особенности задачи. Формулировка частичной проблемы собственных значений.


Определение подпространства Крылова. Метод Арнольди для частичной проблемы собственных значений.


Методы крыловских подпространств для решения больших систем линейных алгебраических уравнений.


Метод обратных итерации со сдвигом для нахождения группы волноводных мод с наименьшими собственными значениями.


Расчет нормальных волноводных мод как собственных функций оператора распространения на фиксированную длину L. Связь постоянной распространения моды с собственным числом оператора распространения.


Постановка задачи нахождения собственных мод оптического резонатора, заполненного слабо-неоднородной (газовой) средой. Линейная задача о собственных модах в случае пассивной среды и задача о генерации одномодового излучения в случае активной среды (нелинейная проблема собственных значений).


Основы физики пылевой плазмы


Определение пылевой плазмы. Обзор общих свойств низкотемпературной плазмы, содержащей частицы конденсированной дисперсной фазы микронных размеров.


Зарядка пылевых частиц в бесстолкновительной плазме. Приближение ограниченных орбит. Неэкранированный потенциал пылевой частицы в рамках уравнений Власова.


Зарядка пылевых частиц в плазме при повышенных давлениях. Гидродинамическое приближение. Область применимости, основные уравнения, граничные условия. Приближенные методы решения. Численные методы решения – метод релаксации и метод конечных разностей. Аппроксимация расчетного потенциала пылевой частицы потенциалом Дебая. Условие кристаллизации пылевых частиц. Численное моделирование процессов в пылевой плазме на основе нелокальной модели зарядки пылевых частиц. Связь потенциала с зарядом. Условие формирования слоя амбиполярной диффузии.


Формирование ловушки для заряженных пылевых частиц в плазме и в газовых разрядах различных типов. Формирование ловушки для заряженных пылевых частиц в плазме. Пылевая плазма в несамостоятельном газовом разряде. Описание и результаты экспериментов. Численное моделирование структуры несамостоятельного разряда. Расчет скорости ионизации газа. Локальная и нелокальная модели несамостоятельного разряда. Результаты расчетов и их сравнение с экспериментом.


Теория экранирования заряда пылевых частиц. Экранирование заряда пылевых частиц. Теория Дебая-Хюккеля. Экранирование в неравновесной плазме в рамках в диффузионно-дрейфового приближения. Линеаризация и Фурье-преобразование. Постоянные экранирования в изотермической и неизотермической плазме, в плазме с самостоятельной ионизацией и в плазме с внешним источником ионизации газа. Когда экранирования описывается теорией Дебая-Хюккеля.


Взаимодействие пылевых частиц и формирование упорядоченных структур. Взаимодействие пылевых частиц и формирование упорядоченных структур. Энергия электрического поля системы двух заряженных микрочастиц в плазме. Электростатическая сила через максвелловы натяжения. Взаимодействие в равновесной плазме. Термодинамические потенциалы системы зарядов в равновесной плазме. Электростатическая энергия двух макрочастиц в неравновесной плазме. Потенциал взаимодействия двух макрочастиц в неравновесной плазме. Условие кристаллизации в неравновесной плазме.


Динамические явления в пылевой плазме. Пылеакустические волны. Вязкость пылевой плазмы. Ионная фокусировка. Динамическое экранирование.


Приложения пылевой плазмы. Плазменно-пучковые технология получения наноструктурированных композиционных материалов. Атомная батарея на основе упорядоченных плазменно-пылевых структур.


Плазмодинамика


Способы ускорения вещества. Механические и газокинетические устройства, ускорители заряженных частиц, плазмодинамические системы. Плазменные ускорители. Достигнутые параметры. Применение плазменных укорителей в научных исследованиях и технологии.


Физические основы плазменных ускорителей. Mикро- и макроскопическая картина ускорения плазмы. Механизмы разгона плазмы: газокинетический механизм, ускорение «электронным» ветром, ускорение электрическим полем. Условия существования электрического поля в плазме (случай Лорентца, Больцмана и Векслера). Роль магнитного поля. Физические ограничения на скорость потоков плазмы.


О многообразии плазменных ускорителей. Классификация ускорителей. Импульсные, квазистационарные и стационарные плазменные ускорители. Ускорители низко и высоко энергетичных потоков плазмы. Тепловые и электромагнитные ускорители. Неизотермические ускорители плазмы. Ускорители с внешним и собственным магнитным полем. «Рельсотрон». Торцевой ускоритель. Укоритель с замкнутым дрейфом электронов.


Стационарные источники плазменных потоков. Плазмотроны. Принцип действия. Устойчивость разряда. Эрозия электродов. Достигнутые параметры. Технологические применения.


Плазменные космические двигатели. Электростатические и электромагнитные плазменные двигатели. Достигнутые параметры.


Импульсные ускорители плазмы. Электродные и безэлектродные ускорители. Коаксиальный ускоритель. Пушка Маршалла. Фокусировка плазменного потока. Плазменный фокус Филиппова и Мейзера.


Основные физические процессы в канале ускорителя. Особенности генерации мощных потоков плазмы. Модель «снежного плуга». Подавление плазменных неустойчивостей. Способы увеличения скорости и энергии плазменных потоков.


Взаимодействие движущейся плазмы с магнитным полем. Транспортировка плазменных потоков в магнитных полях различных конфигураций. Подавление крупномасштабных МГД неустойчивостей. Управление параметрами плазмы в процессе транспортировки. Сжатие потока, замагничивание плазмы, возбуждение ударных волн, изменение длительности потока.


Термализация потоков плазмы - преобразование энергии направленного движения потока в тепловую энергию «стационарной» плазмы. Получение горячей плазмы. Термализация потоков плазмы на магнитном барьере. Условия торможения плазмы. Термализация потоков плазмы при их встречном взаимодействии. Границы кулоновского торможения плазменных потоков.


Взаимодействие бесстолкновительных потоков плазмы. Турбулентные механизмы торможения потоков. Бесстолкновительные ударные волны. Ионно-звуковая и шланговая неустойчивости. Достигнутые параметры термализованной плазмы.


Применение ускорителей в термоядерных исследованиях. Заполнение плазмой термоядерных ловушек. Ввод плазменных потоков в токамак и стелларатор. Дрейфовое движение плазмы поперек магнитного поля. Способы торможения плазмы. Инжекция потоков сильно излучающей плазмы (Ne, Ar) в токамак для ослабления срывов тока.


Заполнение открытых ловушек. Инжекция плазмы в ловушку через торцевые магнитные пробки, условия прохождения магнитных барьеров. Получение горячей плазмы столкновением встречных потоков. Подавление неустойчивостей. Поперечное удержание плазмы, достигнутые коэффициенты переноса. Результаты исследований газодинамической ловушки (ГДЛ) и длинной антипробочной ловушки (ДАЛ).


Создание мощных источников коротковолнового излучения на основе плазменных ускорителей. Преобразование энергии потока неводородной плазмы в излучение при торможении. Характеристики излучения в зависимости от параметров плазменного потока. Радиационный барьер и условия его преодоления. Особенности ускорения плазмы тяжелых газов (Ar, Kr, Xe). Разработка источников рентгеновского излучения на базе современных плазменных ускорителей.


Создание источников нейтронного излучения. Генерация нейтронов при столкновении потоков дейтериевой плазмы. Выход нейтронов при остановке потоков и при их пролете друг сквозь друга. Заполнение плазмой систем с дополнительным нагревом. Тета-пинч: сжатие и нагрев термализованной плазмы внешним магнитным полем. Энергетическая эффективность системы, параметры плазмы, нейтронный выход.


Взаимодействие излучения с веществом


Распространение и взаимодействие лазерных импульсов с резонансными средами. Вывод уравнений для описания взаимодействия лазерных импульсов с резонансными средами. Различные режимы взаимодействия лазерного излучения с резонансными средами. Когерентное взаимодействие: фотонное эхо, 2p- и p-импульсы, светоиндуцированная прозрачность. Волны просветления в резонансных поглощающих средах. Эффект Дике. Охлаждение атомов резонансными лазерными пучками. Эффект светоиндуцированного дрейфа атомов (молекул) в лазерном поле и возможность разделения изотопов. Резонансное преобразование частот в многоуровневых средах.


Термическое воздействие импульсов лазерного излучения на материалы. Элементы теории лазерной резки и лазерной сварки. Воздействие лазерных импульсов на загрязненные нефтью водные поверхности. Введение в технологию модификации поверхностных слоев твердых материалов (сплавов) с использованием импульсов лазерного излучения.


Точечные и протяженные дефекты в реакторных материалах. Точечные дефекты в твердых телах. Механизмы образования точечных дефектов в условиях термодинамического равновесия и при наличии радиационного облучения. Дислокации, дислокационные петли. Газонаполненные пузырьки и вакансионная пористость. Преципитаты - включения вторичных фаз.


Циркониевые сплавы в условиях эксплуатации в реакторах с водяным охлаждением. Механические, физические и коррозионные свойства циркониевых сплавов. Физические процессы, роль легирования и микроструктуры, которые определяют режимы и скорость коррозии циркониевых сплавов. Эволюция микроструктуры и механических свойств циркониевых сплавов в условиях реакторного облучения. Модели роста оксидных пленок. Наводороживание циркониевых сплавов, гидриды в циркониевых оболочках тепловыделяющих элементов.


Физические процессы в топливе ядерных реакторов. Деления ядер в топливе. Осколки деления, длины торможения ядер. Процессы, определяющие диффузию атомов в ядерном топливе. Выход осколков деления из топлива. Наработка и неоднородное распределение плутония по радиусу топливной таблетки. Оксидное топливо с содержанием гадолиния. Процессы, определяющие теплопроводность топлива на основе диоксида урана.


Эволюция микроструктуры, теплофизических и механических свойств ядерного топлива с ростом выгорания. Микроструктура ядерного топлива до облучения в реакторе. Рост топливных зерен. Процесс радиационного доспекания топлива. Распухание топлива - твердотельное и газовое. Формирования рим-структуры на краю топливных таблеток при высоких выгораниях. Скорость формоизменения топливных таблеток при наличии термомеханических напряжений - ползучесть поликристаллического топлива. Зависимость теплопроводности диоксидного топлива от температуры и выгорания.


Выход газовых продуктов деления из топлива и термомеханическое поведение тепловыделяющих элементов. Феноменология поведения газовых продуктов деления в топливе на основе диоксида урана. Формирование и рост внутризеренных и межзеренных газовых пузырьков в процессе эксплуатации топлива. Эффект перколяции межзеренной пористости в топливе. Модели выхода стабильных и радиоактивных продуктов деления из топлива. Термомеханическое взаимодействие топливных таблеток с оболочкой твэла. Эффект замедленного гидридного растрескивания. Эффект йодного растрескивания оболочки твэла под напряжением. Термомеханическое поведение твэлов и выход активности при разгерметизации.


Взаимодействие плазмы с конструкционными материалами


Разрушительная и созидательная роль плазмы при облучении конструкционных материалов плазменными потоками:

Баланс энергии при взаимодействии потоков плазмы с материалами. Основные каналы потерь энергии и их относительный вклад в общий баланс в зависимости от характеристик плазменного потока и условий облучения. Нагрев поверхности. Распространение тепловой волны вглубь материала. Тепловой скин-слой. Предельный поток энергии, который может поглощаться материалом за счет теплопроводности.


Эффект экранировки. Испарение материала. Ионизация пара. Образование мишенной плазмы перед поверхностью. Кулоновское торможение плазменного потока в плотной мишенной плазме. Поглощение энергии потока. «Vapor shielding effect» - эффект экранировки поверхности материала от воздействия плазменного потока слоем мишенной плазмы. Энергетический порог экранировки для разных материалов. Результаты расчетов и экспериментов.


Свойства плазмы экранирующего слоя. Формирование, динамика и структура экранирующего слоя в зависимости от сорта облучаемого материала и интенсивности облучения. Характеристики приповерхностной плазмы: плотность, температура, элементный состав, ионизационное состояние. Влияние магнитного поля на параметры экранирующего слоя.


Эффективность экранировки. Механизмы передачи энергии на поверхность облучаемого материала через экранирующий слой. Эффект «самоэкранировки» плотных (столкновительных) плазменных потоков. Эффективность ослабления теплового потока на поверхности материала в зависимости от характеристик потока и условий облучения.


Преобразование энергии налетающего плазменного потока в излучение мишенной плазмы. Воздействие излучения на окружающие материалы. Эрозия материалов под воздействием излучения. особенности разрушения поверхности.


Излучение мишенной плазмы. Интенсивность и спектр излучения. О возможности создания мощных источников EUV-излучения (2 – 30 нм) на основе взаимодействия потоков плазмы с материалами.


Механизмы эрозии конструкционных материалов под действием плазмы. Классические» механизмы эрозии: физическое распыление, химическое распыление, радиационно-стимулированная эрозия. Макроскопические механизмы эрозии: выброс частиц и капель с поверхности облучаемого материала. Хрупкое разрушение материалов. Кипение поверхностного слоя. Развитие неустойчивостей типа Релей-Тейлора или Кельвина-Гельмгольца в слое расплава с образованием капель. Образование кратера эрозии из-за перемещения расплава по поверхности.


Эрозионная стойкость конструкционных материалов. Характер эрозии и поверхностных повреждений наиболее распространенных конструкционных материалов Классификация материалов по характеру разрушения поверхности. Сравнительный анализ эрозионной стойкости современных теплозащитных материалов.


Материалы для первой стенки ИТЭР - Международного экспериментального термоядерного реактора. Характеристики плазмы в ИТЭР. Потоки тепла и частиц на стенку камеры ИТЭР во время стационарной работы токамака и переходных плазменных процессов. Эрозия материалов, обращенных к плазме. Проблема выбора теплозащитных материалов для первой стенки ИТЭР. Критерии выбора материалов. Наиболее перспективные материалы для первой стенки и дивертора ИТЭР. Результаты испытаний материалов.


Плазменная технология. Упрочнение конструкционных материалов импульсной плазмой. Повышение микротвердости, увеличение коррозионной стойкости, снижение коэффициента трения, рост износостойкости и т.п. Физические основы импульсной обработки поверхности.

 

Управляемый термоядерный синтез


Энергетические проблемы современного мира. Роль и место ядерной энергетики. Реакции синтеза легких ядер. Зависимость сечений DD и DT реакций от энергии взаимодействия ядер. Пикноядерные реакции. Мезонный катализ. Термоядерные реакции в горячей плазме: выделяющаяся мощность, энергетические потери.


Термоядерный реактор с нулевой полезной мощностью. Критерий Лоусона. Классификация систем реализации управляемого термоядерного синтеза по способам удержания плазмы и методам ее нагревания.


Термоядерный реактор в системах с инерционным удержанием плазмы: общие принципы. Мощные лазеры и мощные генераторы пучков заряженных частиц для ИТС.


Физические проблемы лазерного термоядерного синтеза: поглощение и рассеяние мощного лазерного излучения плазмой, перенос энергии из зоны поглощения на поверхность твердой мишени, режимы сжатия и нагревания термоядерного топлива.


Релей-Тейлоровская неустойчивость. Гидродинамический КПД сжатия сферической мишени. Термоядерный поджиг. Волна термоядерного горения.


Методы исследования плотной короткоживущей плазмы. Результаты экспериментальных исследований в области инерционного термоядерного синтеза.


ИТС в системах с преобразованием энергии лазерных пучков и пучков заряженных частиц в энергию равновесного рентгеновского излучения плазмы. Сверхплотная плазма с многозарядными ионами как источник когерентного излучения в коротковолновой области спектра (рентгеновские лазеры).


Взаимодействие ультракоротких лазерных импульсов с веществом. Z-пинч и тета-пинч разряды. Лайнерные системы. Нейтронное и жесткое рентгеновское излучение импульсных разрядов. Электродинамические ускорители плазмы. Плазменный фокус.


Адиабатические магнитные ловушки с магнитными пробками: общие принципы, заполнение ловушек плазмой, гидродинамическая неустойчивость желобкового типа.


Магнитные ловушки с полем, нарастающим к периферии. Ловушки с «минимумом В». Кинетические неустойчивости.


Статус и перспективы современных «открытых» магнитных ловушек с ограничением потерь через пробки.


Магнитные ловушки с замкнутыми силовыми линиями: общие принципы, равновесие и устойчивость тороидального плазменного столба. Тороидальные ловушки со слабым продольным магнитным полем.


Вращательное преобразование магнитного поля. Стелларатор. Токамак: общие принципы, устройство и назначение основных элементов и узлов установки, применяемые методы измерения параметров плазмы.


Диффузия и теплопроводность плазмы в тороидальных магнитных системах. Методы дополнительного нагрева плазмы в токамаке. Проблема примесей.


Инженерные проблемы термоядерных реакторов на основе токамака и систем с инерционным удержанием плазмы.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2021 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Противодействие коррупции | Сведения о доходах

Политика обработки персональных данных МФТИ

Техподдержка сайта | API

Использование новостных материалов сайта возможно только при наличии активной ссылки на https://mipt.ru

МФТИ в социальных сетях