Низкотемпературная плазма в последние десятилетия является объектом активных фундаментальных исследований. Определение основных параметров плазмы и физических процессов в ней служит необходимой основой ее применения в плазмохимии, электронике, энергетике, промышленных технологиях, аэрокосмических приложениях. В лекционном курсе дается подробное описание столкновительных и радиационных элементарных процессов, определяющих состояние плазмы в электромагнитных полях. Рассмотрены вопросы кинетики низкотемпературной плазмы молекулярных газов. Описываются основные теоретические модели, применяемые при исследовании плазмы.

Приобретаемые знания и умения

В результате освоения дисциплины приобретается умение анализировать основные процессы в низкотемпературной плазме молекулярных газов и применять  корректный кинетический подход к описанию ее состояния.

Образовательные технологии

Курс имеет электронную версию для презентации. Лекции читаются с использованием современных мультимедийных возможностей и проекционного оборудования.

Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими частями ООП

Курс читается в логической взаимосвязи со специальными дисциплинами: «Физика газового разряда», «Физика горения и взрыва», «Квантовая химия и теория строения молекул».

Дисциплины и практики, для которых освоение данного курса необходимо как предшествующего

Научно-исследовательская практика, научно-исследовательская работа, курсовая работа.

Основные учебные пособия, обеспечивающие курс

1. Биберман Л.М., Воробьев В.С., Якубов И.Т., Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М., Наука, 1982. 

2. Гордиец Б.Ф., Осипов А.И., Шелепин Л.А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. М., Наука, 1980.

3. Низкотемпературная плазма, Т.3. Химия плазмы, под ред. Л.С. Полака и Ю.А. Лебедева, Новосибирск, Наука, 1991, 328 с.

Основные учебно-методические работы, обеспечивающие курс

1. Смирнов Б.М. Физика слабоионизованного газа (в задачах с решениями). М., Наука, 1985.

2. Мурсенкова И.В. Учебно-методическое пособие к курсу лекций «Физика газового разряда» (подг. к печати)

Основные научные статьи, обеспечивающие курс

1. Словецкий Д.И. Возбужденные атомы и молекулы в физико-химических процессах и диагностике неравновесной плазмы. Химия высоких энергий. 2009. Т.43. №3. С. 209-217.

2. Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф., Мурсенкова И.В., Сысоев Н.Н. Экспериментальное исследование взаимодействия распадающейся плазмы импульсного объемного разряда с ударным слоем. Вестник МГУ, Сер. 3. Физика. Астрономия. 2006. № 3. С. 57-61.

3. Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф., Луцкий А.Е. , Мурсенкова И.В. Энерговклад в пристеночный слой газа при инициировании наносекундного скользящего поверхностного разряда. Письма в ЖТФ, 2010. Т. 36, вып. 17.

Программное обеспечение и ресурсы в интернете

Контроль успеваемости

Промежуточная аттестация проводится на 6 и 14 неделе в форме контрольных работ с оценкой. Критерии формирования оценки – уровень знаний пройденной части курса.

Текущая аттестация проводится еженедельно. Критерии формирования оценки – посещаемость занятий, активность студентов на лекциях.

Фонды оценочных средств

Контрольные вопросы для текущей аттестации на семинарах; вопросы и задачи для контрольных работ; вопросы к экзамену; тесты и компьютерные тестирующие программы; темы докладов и рефератов.

Раздел

Неделя

Понятие плазмы. Квазинейтральность. Классификация различных видов плазмы. Особенности низкотемпературной плазмы. Процессы переноса в плазме. Диффузионное движение электронов и ионов. Соотношение Эйнштейна. Виды диффузии. Амбиполярная диффузия.

1-2

Столкновения частиц в плазме. Релаксация импульса и энергии заряженных частиц. Сравнение времен релаксации электронной компоненты,  ионной компоненты и времени выравнивания электронной и ионной температур.

3

Упругие и неупругие процессы. Процессы рождения и гибели заряженных частиц. Связь между сечениями и кинетическими константами скоростей элементарных процессов. Зависимость констант скоростей реакций от приведённой напряжённости электрического поля. Колебательные, вращательные и  электронные уровни энергии молекул.

4

Элементарные процессы, вызывающие ионизацию, и их роль в плазме газового разряда. Виды процессов рекомбинации. Возбуждение и девозбуждение атомов и молекул. Удары второго рода. Колебательные и вращательные уровни энергии.

   5-6

Термодинамическое и корональное равновесие в плазме. Состав плазмы в термодинамическом равновесии. Формула Саха.

Излучение и поглощение света в плазме. Тормозное и фоторекомбинационное излучение, излучение в линиях. Спектры свечения двухатомных молекул. Перенос излучения.  

7-8

Уравнение Больцмана для электронов в низкотемпературной плазме. Функция распределения электронов в пространственно однородном постоянном электрическом поле. Характерные времена установления функции распределения электронов по энергиям в слабоионизованной плазме молекулярных газов при атмосферном давлении.

9-10

Немаксвелловские функции распределения для электронов: функции Дрювестейна, Маргенау. Функция распределения электронов в случае упругих столкновений; влияние неупругих процессов. Функция распределения электронов в переменном поле.

11

Кинетика заселения возбужденных состояний. Система кинетических уравнений баланса для заселенностей возбужденных состояний. Метастабильные и резонансно-возбужденные атомы в плазме. Кинетика молекулярной плазмы.

12

Колебательная температура. Функция распределения колебательно возбужденных молекул. Приближенное описание функций распределения по колебательным состояниям: распределение Тринора. Учет VT- релаксации.

13

Возможные каналы релаксации электронно-колебательно-вращательного возбуждения молекул и молекулярных ионов. Процессы VT-, VV- и EV- обмена. Образование реакционно-способных частиц: радикалов, химически активных соединений.

14

Теоретические модели, используемые при исследовании плазмы. Кинетическое уравнение с самосогласованным полем.

15-16