Учебная программа Дисциплины 01 «Электродинамика высокочастотных и оптических разрядов» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний Новгород 2011 г

скачать МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» Радиофизический факультет Кафедра электродинамики УТВЕРЖДАЮ Декан радиофизического факультета ____________________Якимов А.В. «18» мая 2011 г. Учебная программа Дисциплины М2.В5.01 «Электродинамика высокочастотных и оптических разрядов» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний Новгород 2011 г. 1. Цели и задачи дисциплины Содержание дисциплины направлено на расширение знаний электродинамики плазменных процессов, обусловленных ионизационной нелинейностью в поле мощных электромагнитных источников. Цель курса – сформировать у студентов современное представление о методах расчета структуры и параметров плазменных неоднородностей, формируемых полем излучения. Курс состоит из двух частей: I  “Высокочастотные разряды в волновых полях” II  “Нелинейные явления при излучении антенн в плазме”. В первой части рассматриваются элементарные и коллективные процессы, определяющие процессы ионизации в ВЧ разряде и влияние плазмы разряда на величину и структуру возбуждающего поля. Анализируются основные типы ионизационно-полевых неустойчивостей разряда. Во второй части рассматриваются особенности формирования плазменно-полевой неоднородности при разряде в присутствии внешнего магнитного поля и влияния этой неоднородности на радиационные характеристики нелинейных дипольных антенн. Обсуждаются результаты лабораторных и натурных экспериментов по исследованию нелинейных явлений при излучении антенн в плазме, как изотропной, так и замагниченной. Анализируются возможности формирования в ионосфере активных плазменных антенн ОНЧ и КНЧ диапазонов. Обсуждаются строение магнитосферы Земли и физика альвеновского магнитосферного мазера. 2. ^ Место дисциплины в структуре магистерской программы Дисциплина «Электродинамика высокочастотных и оптических разрядов» относится к дисциплинам по выбору студента вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы по направлению 011800 «Радиофизика». 3. ^ Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции: способностью использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной безопасности, защиты государственной тайны (ОК-l0); способность к свободному владению знаниями фундаментальных разделов физики и радиофизики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своим профилем подготовки) (ПК-1); способность к свободному владению профессионально-профилированными знаниями в области информационных технологий, использованию современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки (ПК-2); способность использовать в своей научно-исследовательской деятельности знание современных проблем и новейших достижений физики и радиофизики (ПК-3); способность самостоятельно ставить научные задачи в области физики и радиофизики (в соответствии с профилем подготовки) и решать их с использованием современного оборудования и новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-4). В процессе изучения курса студенты должны: знать элементарные и коллективные процессы в плазме, процессы ионизации и формирования плазмы в ВЧ разряде, влияние плазмы разряда на величину и структуру возбуждающего поля; уметь оценить величину пробойных полей при заданных параметрах газа и разрядного промежутка; иметь представление о методах формирования активных плазменных антенн в ионосфере Земли, о резонансных ионосферных и магнитосферных явлениях, о магнитосферном альфвеновском мазере. 4.^ Объем дисциплины и виды учебной работы Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа. Виды учебной работы Всего часов Семестры ^ Общая трудоемкость дисциплины 72 11 Аудиторные занятия 32 32 Лекции 32 32 Практические занятия (ПЗ) 0 0 Семинары (С) 0 0 Лабораторные работы (ЛР) 0 0 Другие виды аудиторных занятий 0 0 Самостоятельная работа 40 40 Курсовой проект (работа) 0 0 Расчетно-графическая работа 0 0 Реферат 0 0 Другие виды самостоятельной работы 0 0 Вид итогового контроля (зачет, экзамен) зачет зачет 5. Содержание дисциплины 5.1. Разделы дисциплины и виды занятий № п/п Раздел дисциплины Лекции ПЗ (или С) ЛР 1. Введение. 1 2. Объемные элементарные процессы. 1 3. Процессы переноса в газоразрядной плазме. 2 4. Уравнение баланса частиц и энергии. 2 5. Пробой газа в статических и переменных полях. 2 6. Электродинамика разряда в волновых электромагнитных пучках. 4 7. Основные типы ионизационно-полевых неустойчивостей разряда. 4 8. Нелинейные электромагнитные источники в замагниченной плазме. 4 9. Разряд в ближнем поле антенны. 4 10. Самосогласование антенны плазменной неоднородностью. 2 11. Ионосферный эксперимент “Активный шнур”. 4 12. Структура магнитосферы земли. Магнитосферный мазер. 2 5.2. Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Введение Раздел 2. Объемные элементарные процессы Объемные элементарные процессы, определяющие кинетику ионизации в газовом разряде (электронный удар, сечения ионизации, диссоциативное и трехчастичное прилипание, электрон-ионная рекомбинация, разрушение отрицательных ионов). ^ Раздел 3. Процессы переноса в газоразрядной плазме Свободная и амбиполярная диффузия; термодиффузия; теплопроводность, проводимость. Раздел 4. Уравнение баланса частиц и энергии Уравнения баланса частиц и энергии в газовом разряде; их стационарные и простейшие динамические решения. Процессы нагрева электронной компоненты в разряде. ^ Раздел 5. Пробой газа в статических и переменных полях Пороги пробоя, зависимость скорости лавинообразного процесса от давления газа, частоты и амплитуды электрического поля. Влияние плазмы разряда на величину и структуру поля. Основные механизмы насыщения лавины при пробое. ^ Раздел 6. Электродинамика разряда в волновых электромагнитных пучках Роль процессов рефракции и поглощения волны. Волна пробоя в волновом пучке. Предельные значения электронной концентрации. Разряд вблизи одиночного электрода. ^ Раздел 7. Основные типы ионизационно-полевых неустойчивостей разряда Вынужденное ионизационное рассеяние. Мелкомасштабная плазменно-резонансная неустойчивость. Ионизационноперегревная неустойчивость в поле электромагнитной волны. ^ Раздел 8. Нелинейные электромагнитные источники в замагниченной плазме Обсуждение нелинейных эффектов, изменяющих радиационные характеристики антенн Плазменная антенна-генератор. Влияние магнитного поля. Тензор диэлектрической проницаемости плазмы в магнитном поле. Волны в замагниченной плазме. Особенности распределения поля источника в замагниченной плазме. Резонансный конус. ^ Раздел 9. Разряд в ближнем поле антенны Разряд в ближнем поле антенны в присутствии внешнего магнитного поля. Самоканалирование плазменных волн. Расслоение разряда при . Многопучковое самоканалирование плазменных волновых полей. ^ Раздел 10. Согласование антенны плазменной неоднородностью Автосогласование. Волны свистового диапазона, направляемые плазменной неоднородностью. Ионизационное самоканалирование вистлеров. ^ Раздел 11. Ионосферный эксперимент “Активный шнур” Лабораторное моделирование плазменно-волнового разряда в ионосфере Земли. Расчет характерных параметров активной части разряда. Диамагнитная антенна. Генерация НЧ полей модулированным пучком плазменных волн. Условия и результаты ракетных экспериментов. Обсуждение результатов, которые ожидались. Неожиданные результаты (глубокая модуляция высыпания энергичных частиц, наблюдение модуляционного эхо, возбуждение ионосферного альфвеновского резонатора). ^ Раздел 12. Структура магнитосферы земли. Магнитосферный мазер Магнитосфера Земли (структура, шумы, резонансы). Ионосферный альфвеновский резонатор. Простейшая теория плоско-неоднородного резонатора с магнитным полем, ориентированным перпендикулярно к земной поверхности, оценки инкремента неустойчивости альфвеновских волн, усиливаемых потоком электронов из области разряда, условие баланса энергии. Мазерные эффекты в магнитосфере, условия и признаки генерации, роль дактов плотности, ионосферного зеркала, радиационных поясов. 6. Лабораторный практикум Не предусмотрен. 7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины Рекомендуемая литература. а) основная литература: 1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1983. 2. Гуревич А.В., Шварцбург А.Б. М.Ш. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. М.: Наука, 1974. 3. Гершман Б.Н., Ерухимов Л.М., Яшин Ю.Я. Волновые явления в ионосфере и в космической плазме. М.; Наука, 1984. б) дополнительная литература: 1. Мак Доналд. СВЧ разряды. М.: Наука, 1969. 2. ЖЭТФ, 1981. Т.80, №6. С.2264; Т.112, №10. С.1285; 1998. Т.113, №4. 3. Письма в ЖЭТФ, 1990. Т.52, №10. С.1127. 8. Вопросы для контроля Условия ВЧ пробоя разреженного газа в присутствии внешнего магнитного поля. Система уравнений, описывающая ВЧ разряд. Разряд вблизи цилиндрического провода. Разряд в поле сходящихся под углом двух плоских ТЕ волн. Типы волн и их дисперсия в замагниченной плазме. Структура ВЧ потенциала малого электрического источника в нижнегибридном диапазоне частот. Структура волнового разряда, формируемого дипольным источником в нижнегибридном диапазоне частот. Оценка параметров плазменной неоднородности, формируемой дипольным источником в нижнегибридном диапазоне частот. Влияние плазменной неоднородности на характеристики возбуждающей антенны. Структура магнитосферы Земли. Активные плазменные антенны в ионосфере Земли. Ионосферный альфвеновский резонатор. Магнитосферный альфвеновский мазер. Динамические электромагнитные эффекты, стимулируемые плазменно–волновым разрядом в ионосфере Земли. 9. Критерии оценок Зачтено Ставится при удовлетворительном ответе на большинство вопросов билета Не зачтено Ставится при неудовлетворительном ответе на половину вопросов билета 10. ^ Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки Не предусмотрена. Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по направлению 011800 «Радиофизика». Автор программы_________________ Введенский Н.В. Программа рассмотрена на заседании кафедры __4 апреля 2011__г. протокол №_25__ Заведующий кафедрой ___________________ Кудрин А.В. Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года протокол № 05/10 Председатель методической комиссии_________________ Мануилов В.Н. Скачать 117,32 Kb. оставить комментарий Дата 07.09.2012 Размер 117,32 Kb. Тип Программа дисциплины, Образовательные материалы