Úvod do fyziky plazmatu - NEVF100

• Anglický název: Introduction to Plasma Physics
• Zajišťuje: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2021
• Semestr: letní
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: letní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. Mgr. Pavel Kudrna, Dr.; prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc.
• Vyučující: doc. Mgr. Pavel Kudrna, Dr.; prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc.

Anotace

čeština

Výskyt plazmatu. Parametry charakterizující plazmatické skupenství. Principy vytváření plazmatu. Výboje v plynech. Klasifikace plazmatu. Metody studia plazmatu (kinetický, tekutinový popis). Vodivost plazmatu. Chemické reakce v plazmatu. Využití plazmatu pro přeměnu energie (MHD generátory, fúzní reaktory). Plazma v meziplanetárním prostoru. Záření plazmatu a jeho aplikace. Využití plazmatu: jako zdroj nabitých (a neutrálních) částic, při zpracování materiálů, pro zušlechťování povrchů materiálů a pro likvidaci komunálního odpadu. Iontové a plazmové motory (princip funkce, využití).

Poslední úprava: Kudrnová Hana, Mgr. (26.01.2018)

angličtina

Physical basics, parameters characterizing the plasma state of matter. Methods of plasma creation. Plasma as energy converter (MHD generators, fusion reactors). Plasma as electrical conductor (plasma switches). Applications of plasma as source of radiation (light sources, gas discharge lasers, plasma display panels). Methods of exploitation of plasmas for material processing (plasma-welding, -cutting, -spraying). Plasma-aided methods of material surface treatment (thin film deposition, dry etching). Ion and plasma thrusters.

Poslední úprava: Roučka Štěpán, doc. RNDr., Ph.D. (04.02.2019)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Podmínkou zakončení předmětu je úspěšné složení zkoušky, tj. hodnocení zkoušky známkou "výborně", "velmi dobře" nebo "dobře". Zkouška musí být složena v období předepsaném harmonogramem akademického roku, ve kterém student předmět zapsal.

Poslední úprava: Tichý Milan, prof. RNDr., DrSc. (06.10.2017)

angličtina

The necessary condition of the successful termination of the subject is the successful pass through the examination, i.e. the marking of the examination by the "výborně", "velmi dobře" or "dobře" mark. The examination must be performed within the time period prescribed by the time schedule (harmonogram) of the academic year that corresponds to the date of the subject registration.

Poslední úprava: Tichý Milan, prof. RNDr., DrSc. (06.10.2017)

Literatura

[1] Kracík J., Tobiáš J.: Fyzika plazmatu, Academia Praha 1966.

[2] Chen F. F.: Úvod do fyziky plazmatu, Academia Praha 1984.

[3] Kivelson M. G., Russell C. T.: Introduction to Space Physics, Cambridge, University Press, 1995.

Poslední úprava: Kudrnová Hana, Mgr. (26.01.2018)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Zkouška je ústní, uchazeč se vyjádří ke dvěma zadaným tématům. Požadavky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Poslední úprava: Tichý Milan, prof. RNDr., DrSc. (06.10.2017)

angličtina

The form of the examination is oral; the student expresses his knowledge to two topics. The requirements correspond to the syllabus of the subject in the scope that was presented during the lecture course.

Poslední úprava: Tichý Milan, prof. RNDr., DrSc. (06.10.2017)

Sylabus

čeština

1. Základy fyziky plazmatu

Výskyt plazmatu na Zemi, v atmosféře a v kosmu. Parametry charakterizující plazmatické skupenství (stupeň ionizace, teplota a rozdělovací funkce v plazmatu, Debyeova stínící délka, plazmová frekvence). Principy vytváření plazmatického skupenství (dodáním tepla, vlivem záření, elektrickým proudem). Výboje v plynech (doutnavý, obloukový, koronový, jiskrový). Klasifikace plazmatu (plazma v termodynamické rovnováze, v lokální rovnováze a nerovnovážné plazma). Metody studia plazmatu (kinetický, tekutinový popis). Vodivost plazmatu. Chemické reakce v plazmatu. Interakce plazmatu s nevodivou stěnou (difúze, ambipolární difúze, Bohmovo kritérium).

2. Využití plazmatu pro přeměnu energie 

Plazma a magnetické pole, zamrznutí magnetického pole v plazmatu. Pohyb nabitých částic v silových polích. Přeměna tepelné energie v elektrickou (princip MHD-generátoru). Přeměna jaderné energie v tepelnou a elektrickou, základní pojmy - termonukleární reakce (fúze). Koncepce fúzního reaktoru s magnetickým udržením plazmatu (tokamak) a s inerciálním udržením.

3. Plazma v meziplanetárním prostoru

Sluneční vítr a meziplanetární magnetické pole. Formování zemské magnetosféry a přepojování magnetických polí. Vlnové procesy. Kosmické počasí.

4. Plazma jako zdroj záření 

Záření plazmatu (s čárovým spektrem, se spojitým spektrem); princip generace a absorpce záření v plazmatu. Plazmatické světelné zdroje. Nízkotlaké světelné zdroje (zářivky, světelné reklamy). Vysokotlaké plazmatické světelné zdroje, druhy, principiální konstrukce.

5. Aplikace plazmatu 

Zpracování materiálů pomocí plazmatu (plazmové sváření, řezání a tavba kovů, plazmový nástřik). Zušlechťování povrchů materiálů (vytváření tenkých vrstev pomocí plazmatu, plazmatické leptání pro technologii mikroelektronických obvodů). Iontové motory, plazmové motory. Principy plazmových motorů, jejich výhody a nevýhody. Příklady plazmových motorů. Plazma pří likvidaci komunálních odpadů.

Poslední úprava: Kudrnová Hana, Mgr. (26.01.2018)

angličtina

1. Physical basis
Plasma on Earth, atmosphere and in space. Characteristics of plasma state of matter. Characteristic plasma parameters (degree of ionization, temperature and distribution function in plasmas, Debye screening length, plasma frequency). Methods of plasma state creation (creation of plasma by heating, by radiation, by electric current). Discharges (Glow, Arc, Corona, and Spark discharge).

2. Application of plasma for energy conversion
Conversion of thermal to electric energy (principle of MHD-generator). Conversion of nuclear into thermal energy (and consequently in electricity). Fundamental notions - thermonuclear reaction (fusion). Conception of fusion reactor (with magnetic confinement - tokamak, with inertial confinement).

3. Plasma as source of radiation
Plasma-based light sources. Low-pressure light sources (fluorescent lamp, Sodium low-pressure discharge tubes, Neon-tubes (advertisements). High-pressure light sources, classification, principle of construction, operation. Plasma displays.

4. Application of plasma in industry
Plasma-aided treatment of materials (plasma-aided cutting, welding, and melting, plasma spraying). Refinement of material surfaces (thin layer creation in plasma, plasma etching). Ion and plasma thrusters.

Poslední úprava: Roučka Štěpán, doc. RNDr., Ph.D. (04.02.2019)