Đề cương môn vật lý môn plasma nâng cao

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


1


ĐỀ CƢƠNG 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 – Trƣờng
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
Tổng điểm 100 10/10
Faculty of Physics & Engineering
Physics
Applied Physics Department

Phone: (84.8) 38324461
Fax: (84.8) 8350096



Head
Dr. Le Vu Tuan Hung Email:
Vive Head
Dr. Lam Quang Vinh Email:



TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


2

Môn học tiên quyết (các môn học HV phải học trƣớc): 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 tƣợng tƣơng tác giữa 2 hoặc 3 hạt, tƣơng tác
giữa hạt với bề mặt thể rắn. Chúng có vai trò quan trọng trong plasma và cả
trong khí ion hóa yếu nhƣ 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 nhƣ sau:
- Những khái niệm về vật lý plasma.
- Sự tƣơng tác các hạt trong plasma.
- Hàm phân bố theo vận tốc và đại lƣợng trung bình.
- Lý thuyết động học của sóng plasma.
- Sự tƣơng tác của các hạt với bề mặt.
3. Nội dung chi tiết môn học:
PHẦN I: GIẢNG DẠY TRÊN LỚP (số tiết LT: 45 )
Chƣơng 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.

Chƣơng 2: (…. tiết) SỰ TƢƠNG TÁC CỦA CÁC HẠT TRONG PLASMA
2.1. Tiết diện, khoảng đƣờng 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 trƣờng 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 lƣợng 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 ƣu của va chạm không đàn hồi theo quan điểm lƣợng
tử.
2.5. Chuyển điện tích của hạt. Tiết diện hiệu dụng của quá trình. Điều kiện tối ƣu.
Tiết diện chuyển điện tích cộng hƣởng và không cộng hƣởng.
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


3
2.6. Sự kích thích va ion hóa, va cham không đàn hồi loại 2. Các quá trình kích
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 H
2
.
- Sự kích thích và ion hóa phân tử phức tạp, trạng thái dao động của phân tử
CO
2
.
- Photon kích thích và photon ion hóa, bức xạ cộng hƣởng, độ dài sóng biên
của hiệu ứng quang điện thể tích.
- Nhiệt kích thích và nhiệt ion hóa, định luật tác động khối lƣợng 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 tƣơng tác của va chạm không đàn hồi loại 2, hiệu ứng
Penning. Dập tắt khí siêu bền. Thành lập môi trƣờng 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 lƣợng 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…

Chƣơng 3: HÀM PHÂN BỐ THEO VẬN TỐC VÀ ĐẠI LƢỢNG TRUNG BÌNH
3.1. Hàm phân bố, mật độ toàn phần, giá trị trung bình.
3.2. Phƣơng trình khí động Bolzman, phƣơng trình cân bằng hạt, phƣơng trình
bảo toàn điện tích, phƣơng 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
hƣớng và bất đẳng hƣơng 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
phƣơng pháp làm giảm thế mồi phóng điện.
3.6. Khuếch tán của hạt khi có mặt điện tích không gian.
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


4
3.7. Vận tốc phản ứng.
3.8. Cột dƣơng phóng điện.
3.9. Khử ion hóa.

Chƣơng 4: LÝ THUYẾT ĐỘNG HỌC CỦA SÓNG PLASMA
Phƣơng 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.

Chƣơng 5: SỰ TƢƠNG TÁC CỦA CÁC HẠT VỚI BỀ MẶT
5.1 Bản chất bề mặt.
5.2. Vùng năng lƣợng 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. Phƣơng pháp dạy và học
Trong phần lý thuyết : Dạy trên lớp kết hợp với thảo luận, seminar….
Phần thực hành:
5. Ƣớc 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.

BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔN HỌC




CB PHỤ TRÁCH SOẠN ĐỀ CƢƠNG

PGS.TS. Lê Văn Hiếu