Đề cương môn vật lý môn plasma nâng cao

Đề cương môn vật lý môn plasma nâng cao

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC CAO HỌC

Tên môn học : VẬT LÝ PLASMA NÂNG CAO

Tên tiếng Anh: ADVANCE PLASMA PHYSICS

Số tín chỉ : 3 TC

Số tiết : 45 tiết

Bộ môn phụ trách: Vật Lý Ứng Dụng Thuộc khoa: Vật Lý – Vật Lý Kỹ Thuật Giảng viên phụ trách: PGS.TS Lê Văn Hiếu – Khoa Khoa Học Vật Liệu – Trường

Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM

Giảng viên cùng tham gia giảng:

Phần lý thuyết:

-

Phần thực hành: (nếu có)

-

Đánh giá môn học:

Tiêu chuẩn đánh giá Hình thức đánh giá Điểm môn học

(ghi rõ hình thức đánh giá) Trọng số

(%)

Thang điểm (/10)

Điểm giữa kỳ Chuyên cần/ Bài tập/ Kiểm tra/ Thực hành, thí nghiệm/

Tiểu luận, khóa luận 30 3/10

Thi cuối kỳ Thi viết/vấn đáp/seminar 70 7/10

Faculty of Physics & Engineering

Physics

Applied Physics Department

Phone: (84.8) 38324461

Fax: (84.8) 8350096

http://www.phys.hcmuns.edu.vn

Head

Vive Head

Môn học tiên quyết (các môn học HV phải học trước): Toán cao cấp, cơ sở vật lý

Các yêu cầu về kiến thức, kỹ năng của HV (nếu có):

1 Mục tiêu của môn học:

Cung cấp cho học viên các kiến thức cơ bản và nâng cao về vật lý plasma, đặc biệt là plasma phóng điện khí Các kiến thức chủ yếu về những quá trình không tập đoàn, liên quan đến những hiện tượng tương tác giữa 2 hoặc 3 hạt, tương tác giữa hạt với bề mặt thể rắn Chúng có vai trò quan trọng trong plasma và cả trong khí ion hóa yếu như tầng điện ly, laser khí, và nhiều vấn đề vật liến liên quan đến vật lý thiên văn, vật lý bề mặt và vật lý chân không

2 Tóm tắt nội dung môn học:

Trình bày các nội dung như sau:

- Những khái niệm về vật lý plasma

- Sự tương tác các hạt trong plasma

- Hàm phân bố theo vận tốc và đại lượng trung bình

- Lý thuyết động học của sóng plasma

- Sự tương tác của các hạt với bề mặt

3 Nội dung chi tiết môn học:

PHẦN I: GIẢNG DẠY TRÊN LỚP (số tiết LT: 45 )

Chương 1: (…tiết) NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ

PLASMA

1.1 Những khái niệm cơ bản về plasma, bậc ion hóa, plasma ion hóa yếu và

plasma ion hóa mạnh, plasma đẳng nhiệt và bất đẳng nhiệt, điều kiện trung hòa, nguyên lý cân bằng bộ phận

1.2 Màng tĩnh điện, định nghĩa về plasma, thế Debye, bán kính Debye và plasma đẳng nhiệt, bất đẳng nhiệt, định nghĩa về plasma của Langmuir

Chương 2: (… tiết) SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CÁC HẠT TRONG PLASMA

2.1 Tiết diện, khoảng đường tự do, tần số va chạm

2.2 Lý thuyết cổ điển về va chạm đàn hồi Chuyển dộng của hạt trong hệ khối tâm Góc tán xạ Qũy đạo các hạt trong trường Coulomb Tiết diện tán xạ Sự phụ thuộc của tiết diện tán xạ theo vận tốc Sự bất lực của lý thuyết tán xạ cổ điển

và phạm vi ứng dụng của nó

2.3 Tán xạ đàn hồi của điện tử và ion Hiệu ứng Ramsauer Giai3 thích hiệu ứng trên quan điểm lượng tử

2.4 Va chạm không đàn hồi Điều kiện ion hóa của điện tử và của ion khi va chạm với hạt khí Điều kiện tối ưu của va chạm không đàn hồi theo quan điểm lượng

tử

2.5 Chuyển điện tích của hạt Tiết diện hiệu dụng của quá trình Điều kiện tối ưu Tiết diện chuyển điện tích cộng hưởng và không cộng hưởng

thích và ion hóa do va chạm với điện tử Xác suất, hàm số, tiết diện hiệu dụng

- Sự kích thích và ion hóa phân tử gồm 2 nguyên tử, nguyên lý Franck-Codon, trạng thái điện tử trong phân tử H2

- Sự kích thích và ion hóa phân tử phức tạp, trạng thái dao động của phân tử

CO2

- Photon kích thích và photon ion hóa, bức xạ cộng hưởng, độ dài sóng biên của hiệu ứng quang điện thể tích

- Nhiệt kích thích và nhiệt ion hóa, định luật tác động khối lượng và hằng số cân bằng, biệu thức Saha

- Số ion hóa còn lại

- Va chạm không đàn hồi loại 2, định nghĩa về va chạm không đàn hồi loại 1

và loại 2 Nguyên lý tương tác của va chạm không đàn hồi loại 2, hiệu ứng Penning Dập tắt khí siêu bền Thành lập môi trường mật độ đảo lộn của laser khí

2.7 Tái hợp

- Tái hợp ion, quá trình tái hợp do va chạm 3 hạt, ký thuyết Thomson, tái hợp ion áp suất lớn, lý thuyết Langevin

- Tái hợp điện tử, tái hợp có kèm theo bức xạ, tái hợp kích thích 2 lần, tái hợp

do va chạm 3 hạt, tái hợp phân lý

2.8 Sự tạo thành ion âm

- Cấu trúc ion âm, ái lực đối với điện tử., ion âm nguyên tử, ion âm phân tử

- Cơ chế thành lập ion âm Nguyên tử chiếm điện tử đồng thời bức xạ, đồng thời chuyển năng lượng thừa cho hạt thứ 3 Phân tử chiếm điên tử để thành lập ion âm kích thích hay bị phân ly

- Vai trò của sự thành lập ion âm trong vật lý thiên văn, trên tầng điện ly, trong máy gia tốc tĩnh điện…

Chương 3: HÀM PHÂN BỐ THEO VẬN TỐC VÀ ĐẠI LƯỢNG TRUNG BÌNH 3.1 Hàm phân bố, mật độ toàn phần, giá trị trung bình

3.2 Phương trình khí động Bolzman, phương trình cân bằng hạt, phương trình

bảo toàn điện tích, phương pháp tính gần đúng hàm phân bố, hàm cầu, khai triển hàm phân bố theo cấp số Fourier, biểu thức của các thành phần đẳng hướng và bất đẳng hương của hàm phân bố

3.3 Định luật đồng dạng

3.4 Khuếch tán và độ linh động

3.5 Phóng điện trong khí, phóng điện với dòng không đổi, định luật Paschen, các

phương pháp làm giảm thế mồi phóng điện

3.8 Cột dương phóng điện

3.9 Khử ion hóa

Chương 4: LÝ THUYẾT ĐỘNG HỌC CỦA SÓNG PLASMA

Phương trình Vlasov, lý thuyết tuyến tính của dao động plasma, tắt dần Landau, cơ chế của quá trình đối với dao động dọc, điều kiện khuếch đại của sóng plasma

Chương 5: SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CÁC HẠT VỚI BỀ MẶT

5.1 Bản chất bề mặt

5.2 Vùng năng lượng bề mặt, sự biến đổi công thoát điện tử do hấp phụ

5.3 Hấp phụ hóa học

5.4 Ion hóa bề mặt

5.5 Trung hòa ion trên bề mặt kim loại

PHẦN II: PHẦN THỰC HÀNH: (số tiết: ….tiết)

4 Phương pháp dạy và học

Trong phần lý thuyết : Dạy trên lớp kết hợp với thảo luận, seminar…

Phần thực hành:

5 Ước tính số giờ học viên tự học: 100 giờ

6 Tài liệu học tập, tham khảo

[1] Nguyễn Hửu Chí, Khí ion hóa, Đại học KHTN TpHCM, 1995

[2] B.M Smirnov, Physics of weakly ionized gases, Mir Publishers, Moscow, 1981 [3] G Bekefi, Principles of laser plasma, John Wiley and Sons, New York, 1963

PGS.TS Lê Văn Hiếu