Okruhy ke Státní doktorské zkoušce

A) Základy fyziky plazmatu

  1. Základní pojmy. Cyklotronní frekvence, plazmová frekvence, srážková frekvence, střední volná dráha, Debyeovo stínění, magnetický tlak, beta parametr.
  2. Teplota. Sahova rovnice, klasifikace plazmatu podle koncentrace a teploty. Základní vlastnosti jednotlivých typů plazmatu.
  3. Dielektrická konstanta plazmatu. Polarizace, magnetizace plazmatu. Tenzor polarizovatelnosti. Tenzor permitivity.
  4. Pohyby nabitých částic. Pohybová rovnice, adiabatické invarianty, drifty. Pohyb v magnetickém dipólu a magnetickém zrcadle.
  5. Transportní děje. Ohmův, Fickův a Fourierův zákon, Onsagerovy relace reciprocity. Difúze, pohyblivost, ambipolární difúze. Difúze napříč magnetickým polem, vliv srážek na difúzi v magnetickém poli. Rezistivita plazmatu.
  6. Statistický popis plazmatu. Boltzmannova rovnice, Fokkerova-Planckova rovnice. Momentová věta, momenty Boltzmannovy rovnice.
  7. Srážky v plazmatu. Účinný průřez. Coulombické srážky. Coulombův logaritmus. Runaway řešení (ubíhající elektrony), Chandrasekharova funkce.
  8. Základní rovnice magnetohydrodynamiky. Rovnice kontinuity, pohybová rovnice, rovnice pro magnetické pole. Zamrzlé a difúzní magnetické pole.
  9. Termonukleání fúze. Základní fúzní reakce. Historie, přítomnost a budoucnost, Lawsonovo kritérium. Princip tokamaku a stelarátoru. Inerciální fúze.
  10. Vlny v plazmatu. Alfvénův magnetoakustický komplex. Elektromagnetické vlny v plazmatu (O, X, R, L vlna). CMA diagram.
  11. Přehled nestabilit v plazmatu. Kelvinova-Helmholtzova, Rayleighova-Taylorova, ostrůvková nestabilita. Dvousvazková nestabilita, nestability plazmového vlákna.
  12. Bezsilová konfigurace. Helicita, helikální struktury, zákon zachování helicity, příklady helikálních struktur v přírodě. Specifikace podmínek, za kterých se helicita může měnit.

B) Elektrické výboje a jejich aplikace

  1. Klasifikace elektrických výbojů. Samostatné a nesamostatné výboje. Voltampérová charakteristika výboje za sníženého tlaku, výboj tichý, doutnavý a obloukový.
  2. Aplikace výbojů. Plazmové technologie. Přímá a nepřímá expozice výboji, využití produktů výboje.
  3. Elementární procesy na elektrodách a v objemu výboje. Termoemise, sekundární emise, studená emise, explozní emise, fotoemise. Excitace, disociace a ionizace, tvorba radikálů. Termální a netermální plazma, driftové oblasti, dosvit.
  4. Townsendova teorie a zápalné napětí. Vznik lavin, matematický popis, průraz, aplikace na výbojové trubice. Podmínka pro samostatný výboj, odvození vztahu pro zápalné napětí a inženýrský odhad zápalného napětí. Paschenův zákon.
  5. Doutnavý výboj za sníženého tlaku. Charakteristické oblasti a mechanismus klasického doutnavého výboje. Vliv některých faktorů na doutnavý výboj. Reakce, které se podílejí na udržení doutnavého výboje.
  6. Výboje za atmosférického tlaku. Příklady výbojů za atmosférického tlaku. Kladná, záporná a bipolární koróna. Trichelovy pulzy. Warburgův zákon. Dielektrický bariérový výboj. Klouzavý výboj. Metody stabilizace a homogenizace výbojů za atmosférického tlaku.
  7. Vysokofrekvenční a mikrovlnný výboj. Vlastnosti mikrovlnných a vysokofrekvenčních výbojů. Mikrovlnné zdroje plazmatu, povrchové výboje, aplikace mikrovlnného plazmatu.
  8. Obloukový a jiskrový výboj. Vznik a vlastnosti těchto výbojů, jejich využití a aplikace, popis výbojů. Bleskový kanál, popis bleskového výboje a jeho specifik.
  9. Z-pinč. Bennettova rovnováha, průběh tlaku p(r), Bennettův vztah pro teplotu pinče. Módy nestabilit. Reverzní pinč, Kruskalovy podmínky stability. Elektromagnetický kolaps.
  10. Samoorganizace magnetických struktur ve výboji. Princip minima magnetické energie, souvislost se samoorganizací a helikálními strukturami.

C) Diagnostika a simulace plazmatu

  1. Měření proudu, napětí a potenciálu. Přehled metod měření proudů a potenciálu v plazmatu. Podrobněji Langmuirova sonda, Rogowského kroužek.
  2. Měření magnetických polí. Faradayova rotace, Zeemanův jev, přímá měření, magnetometry.
  3. Základy spektroskopie. Pořizování spekter, spektrální čáry, určení teploty, koncentrace, složení plazmatu, rotační a vibrační spektra, určení dalších charakteristik plazmatu. Tepelná kapacita vibračních a rotačních stavů.
  4. Vizualizační diagnostické metody. Interferometrické a šlírové metody měření gradientů hustot, rekonstrukce obrazu.
  5. Mikrovlnná a korpuskulární diagnostika. Přehled metod a zjišťovaných parametrů plazmatu. Detekce neutronů.
  6. Měření hustoty plazmatu. Přehled základních metod, určení hustoty z šíření elektromagnetických vln, význam plazmové frekvence.
  7. Rentgenová diagnostika horkého plazmatu. Mechanizmy vzniku rentgenového záření. Detekce rentgenového záření. Parametry plazmatu určitelné rentgenovou diagnostikou.
  8. Numerická řešení rovnic. Principy řešení obyčejných a parciálních diferenciálních rovnic. Konvergence a stabilita. Příklad diferenčního schématu. Hybridní metody.
  9. Řešení pohybových a polních rovnic. Metody pro řešení pohybových rovnic (Borisovo-Bunemannovo, Leap-frog schéma). Metody řešení parciálních diferenciálních rovnic, sítě, konečné prvky.
  10. Simulace dějů v plazmatu. Monte Carlo simulace. Realizace rozdělení, Metropolisova metoda, optimalizační algoritmy. Poruchová teorie, hledání řešení ve formě řady. PIC simulace, základní algooritmus.