Detail předmětu

Plasma Physics and Diagnostics

FEKT-MPA-FPLAk. rok: 2021/2022

Předmět je úvodem do fyziky plazmatu. Během semestru jsou prezentována následující témata:
Charakteristika plazmatického stavu. Generování plazmatu. Plazma v el. výbojích. Plazma jako měnič energie (MHD generátory,přímá přeměna tepla v el. energii). Plazma jako zdroj záření, plazmatické zdroje světla, nízkotlaké a vysokotlaké výbojky, plynové lasery, plazmatické displeje. Plazma jako pracovní prostředí (obrábění materiálu plazmatem, el.čištění plynu). Plazma jako zdroj částic (zdroje iontů a rychlých neutralních částic). Plazma jako zdroj pohybu (iontové a plazmatické pohony). Řízená termojaderná fúze.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky (UVEE)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- Definovat plazmatický stav a vysvětlit vlastnosti, které je charakterizují.
- Vysvětlit příklady výskytu plazmatu v přírodě a využití technického plazmatu v průmyslové praxi.
- Používat základní matematický aparát pro modelování plazmatu.
- Definovat základní principy kinetické teorie plynů.
- Definovat transportní a termodynamické vlastnosti plazmatu.
- Popsat srážkové procesy v plazmatu.
- Analyzovat pohyb nabitých částic v elektrickém a magnetickém poli.
- Charakterizovat různé výboje v plynech.
- Popsat vlastnosti stejnosměrného a střídavého oblouku.
- Formulovat základní fyzikální principy využívané v diagnostice plazmatu.
- Objasnit principy jaderné fúze jako zdroje energie.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia a platné přezkoušení pro kvalifikaci pracovníků pro samostatnou činnost (ve smyslu §6 Vyhlášky).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, numerická cvičení a laboratoře. Součástí výuky je i přednáška odborníka z praxe. Přemět využívá prostředků e-learningu (Moodle). Studenti vypracovávají protokoly z měření, včetně samostatných numerických úloh.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocené aktivity:
- Kontrolní test v ½ semestru, až 15 b
- Hodnocení numerických a laboratorních cvičení, až 45 b
- Závěrečný písemný test, až 40 b

Osnovy výuky

1. Úvod fo fyziky plazmatu, historie, základní parametry.
2. Technické aplikace plazmatu - přehled.
3. Pohyb nabitých částic v polích.
4. Základy kinetické teorie plynů.
5. Systematika výbojů v plynech.
6. Elektrický oblouk, spínací oblouk.
7. Diagnostika plazmatu.
8. Termodynamické a transportní vlastnosti plazmatu.
9. Neizotermické plazma.
10. Plazma jako zdroj záření.
11. Přednáška odborníka z praxe.
12. Řízená termojaderná syntéza.
13. Exkurze, shrnutí, závěrečný test.

Učební cíle

- Získat všeobecný přehled o využití fyziky plazmatu v materiálových vědách a dalších inženýrských oborech.
- Rozvíjet schopnosti řešit problémy plazmových technologií.
- Rozpoznat úlohu moderní fyziky plazmatu v průmyslových procesech a technologiích.
- Pochopit základní metody diagnostiky plazmatu ve zhášecích komorách spínacích přístrojů, plazmatronech a jiných zařízeních s plazmatem.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

M. I. Boulous, P. Fauchais, E. Pfender: Thermal Plasmas - Fundamentals and Applications, Plenum Press, New York, 1994. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-BIO magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-EAK magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-EEN magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc.

Osnova

1. Úvod do fyziky plazmatu, historie, základní parametry.
2. Technické aplikace plazmatu - přehled.
3. Pohyb nabitých částic v polích.
4. Základy kinetické teorie plynů.
5. Systematika výbojů v plynech.
6. Elektrický oblouk, spínací oblouk.
7. Diagnostika plazmatu.
8. Termodynamické a transportní vlastnosti plazmatu.
9. Neizotermické plazma.
10. Plazma jako zdroj záření.
11. Lasery.
12. Řízená termojaderná syntéza.
13. Shrnutí, závěrečný test.

Cvičení na počítači

20 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc.

Osnova

1. Výpočet Maxwellova rozdělení rychlosti pohybu molekul v plynu.
2. Výpočet Debyeovy délky v plazmatu
3. Výpočet cyklotronového kmitočtu a Larmorova poloměru..
4. Výpočet parametrů plazmatu elektrického oblouku podle Mayrovy rovnice.
5. Stanovení střední teploty a rychlosti plazmajetu na výstupu z plazmatronu
6. Stanovení vlivu záření na izotermický diagram plazmatu SF6.
7. Závěrečné cvičení, hodnocení, zápočet.

Laboratorní cvičení

6 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc.

Osnova

1. První cvičení zahájení, organizační pokyny, bezp. předpisy.
2. Elektrické charakteristiky diafragmového výboje ve vodných roztocích (FCH)
3. Studium generace ozónu (FCH)
4. Měření statické a dynamické VA charakteristiky elektrického oblouku.
5. Měření časového průběhu relativní teploty plazmatu napájeného střídavým proudem.
6. Ekvidenzitometrické stanovení tvaru spínacího oblouku.