Ускорители заряженных частиц (сильноточная электроника)

Abstract

Программа курса «Ускорители заряженных частиц (сильноточная электроника)» разработана для специализации 1-31 04 06 01 Ядерная фи-зика и электроника специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и техноло-гии» первой ступени высшего образования. Программа является ориги-нальной и разработана с учетом соответствующих требований образова-тельного стандарта специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и техноло-гии» (ОСВО 1-31 04 06-2013). Физика ускорителей находится на стыке и объединяет в себе элементы радиофизики, физики плазмы, физики пучков частиц, физики и техники высоких напряжений, вычислительной физики. В последнее время полу-чение и применение пучков заряженных частиц, в том числе сильноточ-ных, вызывает большой интерес. Они применяются в физике плазмы и управляемом термоядерном синтезе, генерации мощного СВЧ и тормозно-го излучений, в ядерной физике, в медицине и промышленности. В связи с этим, понимание принципов и особенностей генерации, ускорения, транс-портировки, устойчивости и применения пучков заряженных частиц и со-путствующих излучений является необходимым условием успешной про-фессиональной деятельности выпускника по специальности «Ядерная фи-зика и технологии». Особенностью курса является начальное рассмотре-ние круга вопросов, относящихся к физике высоких плотностей энергии и устройств сильноточной импульсной энергетики. Ознакомление с основ-ными принципами измерения высоких напряжений позволит студентам более свободно ориентироваться в деталях работы современных ком-плексных физических установок. В курсе рассматриваются основные понятия физики ускорителей, меха-низмы автофазировки, продольной и поперечной устойчивости, фокуси-ровки и транспортировки пучков. Анализируются научные, технические и технологические трудности, преодолеваемые при построении и использо-вании ускорителей. Изучаются принципиальные схемы устройства основ-ных типов ускорителей: ускорителей прямого действия, линейных и цик-лических ускорителей, накопительных колец и коллайдеров. Отдельное внимание уделяется деталям конструкции и функционирования циклотро-нов медицинского назначения, а также бетатронов. Материал курса основан на знаниях и представлениях, заложенных в общих курсах электричества, оптики и ядерной физики. Определенные вопросы студенты должны изучить самостоятельно при работе с рекомен-дованными материалами и подготовить по ним рефераты. Проверка само-стоятельной работы студентов будет проводиться в виде текущего и ито-гового контроля знаний. Текущий контроль знаний будет осуществляться в форме публичных выступлений на семинарских занятиях по подготов-ленным рефератам с последующим обсуждением. Итоговый контроль вы-полняется на зачете. Курс «Ускорители заряженных частиц (сильноточная электроника)» основывается на дисциплине «Физика ядра и элементарных частиц», и на дисциплинах специальности «Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом» и «Методы и устройства регистрации излучений». Цель учебной дисциплины  обучение студентов основам физики уско-рения заряженных частиц, развитие полученных знаний применительно к использованию полученных пучков ускоренных частиц и производных из-лучений в науке, промышленности, технологиях и медицине.

Задачи учебной дисциплины:  сформировать у студентов представление о круге вопросов, отно-сящихся к проблемам ускорения заряженных частиц;  выработать системное понимание функционирования ускорителя как сложной физико-технической установки будет важно для их после-дующей работы в области ядерных технологий. Учебный материал дисциплины основан на базовых знаниях и пред-ставлениях, заложенных в дисциплинах цикла общенаучных и общепро-фессиональных дисциплин «Физика атома и атомных явлений», «Физика ядра и элементарных частиц», в дисциплинах специальности «Теоретиче-ская механика», «Электродинамика», «Взаимодействие ионизирующих из-лучений с веществом», «Методы и устройства регистрации излучений». Перед преподавателем данной дисциплины ставятся следующие за-дачи:  ознакомить обучающихся с основами физики ускорителей;  систематически изложить студентам сведения о физических механизмах автофазировки, продольной и поперечной устойчивости, фокусировки и транспортировки пучков;  ознакомить обучающихся с основными подходами, применяемыми при проектировании сложных физико-технических установок;  способствовать развитию научного мировоззрения обучающихся. Из множества эффективных педагогических методик и технологий, которые способствуют вовлечению обучающихся в поиск и управление знаниями, приобретению опыта самостоятельного решения разнообразных задач, следует выделить: технологии проблемно-модульного обучения; технологии научно-исследовательской деятельности; проблемно-ориентированный междисциплинарный подход; интенсивное обучение; моделирование проблемных ситуаций и их решение. Для формирования современных социально-профессиональных ком-петенций выпускника вуза в практику проведения занятий целесообразно внедрять методики активного обучения и дискуссионные формы. В результате усвоения дисциплины обучающийся должен знать: – основы физики ускорения заряженных частиц в постоянных и пере-менных полях; – физические основы продольной и поперечной устойчивости пучков; – особенности функционирования высоковольтных и сильноточных электрофизических установок. уметь: – объяснять принципиальные физические ограничения на энергию и ток пучков; – выбрать адекватную приборную базу для выполнения измерения по-стоянных и импульсных высоких напряжений. владеть: – представлениями о возможностях и перспективах развития и применения ускорителей. В результате изучения учебной дисциплины «Ускорители заряжен-ных частиц в ядерной технике и технологиях» у обучающегося должны быть сформированы следующие компетенции:  уметь применять базовые научно-теоретические знания для реше-ния теоретических и практических задач;  владеть системным и сравнительным анализом;  владеть исследовательскими навыками;  уметь работать самостоятельно;  иметь навыки, связанные с использованием технических устройств, управлением информацией и работой с компьютером;  иметь лингвистические навыки (устная и письменная коммуника-ция);  обладать качествами гражданственности;  быть способным к социальному взаимодействию;  обладать способностью к межличностным коммуникациям;  владеть навыками здорового образа жизни;  применять знания теоретических и экспериментальных основ ядерной физики и ядерных технологий, ядерно-физических методов исследования, методов измерения физических величин, методов автоматизации эксперимента, методов планирования, организации и ведения научно-производственной, научно-педагогической, производственно-технической, опытно-конструкторской работы в области ядерно-физических технологий и атомной энергетики;  применять полученные знания фундаментальных положений физики, экспериментальных, теоретических и компьютерных методов исследования, планирования, организации и ведения научно-технической работы;  вести переговоры, разрабатывать планы сотрудничества с другими организациями;  пользоваться глобальными информационными ресурсами;  пользоваться государственными языками Республики Беларусь и иными иностранными языками как средством делового общения;  реализовывать методы защиты производственного персонала и на-селения в условиях возникновения аварий, катастроф, стихийных бедствий и обеспечения радиационной безопасности при осуществлении научной, производственной и педагогической деятельности;  осуществлять поиск, систематизацию и анализ информации по перспективным направлениям развития отрасли, инновационным технологиям, проектам и решениям;  определять цели инноваций и способы их реализации;  оценивать конкурентоспособность и экономическую эффективность разрабатываемых технологий;  применять методы анализа и организации внедрения инноваций в научно-производственной, научно-педагогической и научно-технической деятельности. Форма получения высшего образования — очная, дневная. Общее количество часов – 42, количество аудиторных часов – 26. Аудиторные занятия проводятся в виде лекций и управляемой самостоятельной работы (УСР). На проведение лекционных занятий отводится 20 часов, на УСР — 6 часов. Занятия проводятся на 4-м курсе в 7-м семестре. Формы текущей аттестации по учебной дисциплине — зачет