Ускорители заряженных частиц в ядерной технике и технологиях

Abstract

Программа курса «Ускорители заряженных частиц в ядерной технике и технологиях» разработана для специализации 1-31 04 06 03 Физика ядерных реакторов и атомных энергетических установок Специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и технологии» первой ступени высшего образования. Программа является оригинальной и разработана с учетом соответствующих требований образовательного стандарта специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и технологии» (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 получение и применение пучков заряженных частиц, в том числе сильноточных, вызывает большой интерес. Они применяются в физике плазмы и управляемом термоядерном синтезе, генерации мощного СВЧ и тормозного излучений, в ядерной физике, в медицине и промышленности. В связи с этим, понимание принципов и особенностей генерации, ускорения, транспортировки, устойчивости и применения пучков заряженных частиц и сопутствующих излучений является необходимым условием успешной профессиональной деятельности выпускника по специальности «Ядерная физика и технологии». В курсе рассматриваются основные понятия физики ускорителей, механизмы автофазировки, продольной и поперечной устойчивости, фокусировки и транспортировки пучков. Анализируются научные, технические и технологические трудности, преодолеваемые при построении и использовании ускорителей. Изучаются принципиальные схемы устройства основных типов ускорителей: ускорителей прямого действия, линейных и циклических ускорителей, накопительных колец и коллайдеров. Отдельное внимание уделяется деталям конструкции и функционирования циклотронов медицинского назначения. 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 рекомендованными материалами и подготовить по ним рефераты. Проверка самостоятельной работы студентов будет проводиться в виде текущего и итогового контроля знаний. Текущий контроль знаний будет осуществляться в форме публичных выступлений на семинарских занятиях по подготовленным рефератам с последующим обсуждением. Итоговый контроль выполняется на зачете. Курс «Ускорители заряженных частиц в ядерной технике и технологиях» 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 ускорения заряженных частиц, развитие полученных знаний применительно к использованию полученных пучков ускоренных частиц и производных излучений в науке, промышленности, технологиях и медицине.

Задачи учебной дисциплины:  сформировать у студентов представление о круге вопросов, относящихся 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 представлениях, заложенных в дисциплинах цикла общенаучных и общепрофессиональных дисциплин «Физика атома и атомных явлений», «Физика ядра и элементарных частиц», в дисциплинах специальности «Теоретическая механика», «Электродинамика», «Взаимодействие ионизирующих излучений 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 компетенций 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 переменных полях; – физические основы продольной и поперечной устойчивости пучков; уметь: – объяснять принципиальные физические ограничения на энергию и ток пучков; владеть: – представлениями о возможностях и перспективах развития и применения ускорителей. В результате изучения учебной дисциплины «Ускорители заряженных частиц в ядерной технике и технологиях» у обучающегося должны быть сформированы следующие компетенции:  уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения 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 коммуникация);  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 населения 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 – 54, 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 8-м семестре. Формы текущей аттестации по учебной дисциплине — зачет (8 семестр).