2024年 大学院理工学研究科 シラバス - 物理学専攻
設置情報
| 科目名 | プラズマ物理学特論Ⅰ | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 物理学専攻 | 学年 | 1年 |
| 担当者 | 浅井 朋彦 | 履修期 | 前期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 水曜6 金曜2 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M36A M52A |
| クラス | |||
概要
| 学修到達目標 | プラズマはそれ自身が作りだす電磁場と相互作用している荷電粒子の集合で，状況によって多様な特徴的様相（集団的な振る舞い）を示す。従って注目している問題を扱うにはいくつかの特徴を抽出し，そこから構築されたモデルによって議論を進めることになる。ここでは様々なプラズマ現象を記述するプラズマモデルを紹介し，演習問題を解くことによて理解を深める． プラズマモデルの違いを理解し説明できる。基本となる演習問題を解けるようようになる。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
授業形態：対面形式で実施する。 各回、講義内容に関する説明を行う。復習のための演習を合わせて行い理解度を深める。 |
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準備学習（予習・ 復習等）の内容・ 受講のための 予備知識 |
学部で履修する力学，電磁気学，統計物理学の基礎を理解していること，プラズマ物理学，核融合科学を履修（聴講）していることが望ましい。 大学院進学予定者が科目等履修生として受講する場合は、プラズマ物理学あるいは核融合科学を履修していること。 |
授業計画
| 第1回 | ガイダンス，Introduction: （プラズマとは何か） キーワード（プラズマを記述する考え方，荷電粒子の速度，エネルギー，温度の概念，プラズマ振動，電気的準中性，デバイの距離，プラズマの集団現象） 問題演習１ | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
|---|---|---|---|
| 第2回 | Single-particle motion:【単一荷電粒子モデル１】 キーワード（磁場中の荷電粒子の運動（古典的），サイクロトロン振動数，ラーマー半径，一様磁場中のドリフト（電場によるドリフト，外力によるドリフト, 非一様磁場中のドリフト（grad B ドリフト、曲率（遠心力）ドリフト）） 問題演習２ | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第3回 | Single-particle motion:【単一荷電粒子モデル２】 キーワード（ 断熱不変量，時間変動する電磁場中の荷電粒子の運動，地球磁場中のプラズマ，トカマクでのバナナ軌道） 問題演習３ | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第4回 | Kinetic theory of plasma 【運動論的な記述１】 キーワード（中性気体とプラズマ（気体）の違い，速度分布関数，ボルツマン方程式、マックスウェル・ボルツマン分布，サハ方程式） | 問題演習４ 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第5回 | Motion of Boltzmann equation 【運動論的な記述２】 キーワード（対流微分、ブラゾフ方程式，ボルツマン方程式のモーメント方程式（連続の方程式，運動量保存の方程式，エネルギー方程式，冷たいプラズマ，温かいプラズマ）） 問題演習５ | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第6回 | Multiple-fluid theory of plasma【流体としてのプラズマ記述１】 キーワード（２流体方程式，流体ドリフと運動，１流体方程式、MHD方程式） 問題演習６ | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第7回 | Single-fluid theory of plasma 【流体としてのプラズマ記述２】 キーワード：磁場閉じ込めプラズマの取り扱い（MHD方程式の応用） 問題演習７ | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第8回 | 授業内試験とその解説 | 事前学習（配布するテキストをもとに、第１回から第７回の内容について補充問題をもとに復習する。１８０分） 事後学習（解説をもとに、試験問題の内容を理解する。６０分） | 【事前学習】3時間 【事後学習】1時間 |
| 第9回 | Collision and plasma conductivity【プラズマの輸送現象】 衝突とプラズマの電気伝導度 キーワード（弱電裏プラズマの衝突現象，完全電離プラズマの衝突現象，プラズマの電気伝導度） 問題演習８ | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第10回 | Plasma diffusion 【プラズマの拡散】 キーワード（弱電裏プラズマの拡散，完全電離プラズマの拡散，古典拡散，ボーム拡散，バナナ軌道粒子による拡散，軸対称トロイダル系での拡散，新古典拡散） 問題演習９ | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第11回 | Introduction to waves in plasmas 【プラズマ中の電磁波の伝搬】 キーワード（プラズマ中の微小振動，磁場がない場合の電磁波の伝搬，プラズマの誘電率） 問題演習10 | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第12回 | Waves in cold magnetized plasma【低温磁化プラズマ中の電磁波の伝搬】 キーワード（分散関係式，磁化プラズマ中のプラズマの誘電率、アリスダイアグラム） 問題演習11 | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第13回 | Effects of collisions, ions and finite temperature on waves in magnetized plasmas【磁化プラズマ中の電磁キーワード（波の運動における，衝突，イオンの運動，プラズマ温度の効果） 問題演習12 | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第14回 | Waves in hot Plasmas【高温プラズマ中の電磁波の伝搬】 キーワード（磁場に平行に伝搬する電磁波，磁場に垂直に伝搬する電磁波，ランダウ減衰，２流体不安定性） 問題演習13 | 事前学習（配布するテキストをもとに、キーワードについて調べる。１２０分） 事後学習（指定する問題の解答作りながら、配布テキストの内容を理解する。１２０分） | 【事前学習】2時間 【事後学習】2時間 |
| 第15回 | 授業内試験とその解説 | 事前学習（配布するテキストをもとに、第9回から第14回の内容について補充問題をもとに復習する。１８０分） 事後学習（解説をもとに、試験問題の内容を理解する。６０分） | 【事前学習】3時間 【事後学習】1時間 |
その他
| 教科書 |
Umran Inan & Marek Golkowski, Principales of Plasma Physics for Engineers and Scientists, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS, 2011, 1st edition
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| 参考資料コメント 及び 資料（技術論文等） |
Francis F. Chen 『Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion』 Springer 2016年 第3rd版
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| 成績評価の方法 及び基準 |
授業内で課するレポート(50％)および授業内試験（50%）の結果で評価する。 |
| 質問への対応 | 授業中随時受け付ける。 |
| 研究室又は 連絡先 |
駿河台校舎 ７号館７２１C室 asai.tomohiko@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
水曜 駿河台 12:30 ～ 13:10
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| 学生への メッセージ |
授業中に配布する演習問題を解くことによってプラズマの物理の考え方を学びましょう。 |