МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Теория переноса

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра радиофизики и теоретической физики
Направление подготовки03.03.03. Радиофизика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план03_03_03_РФ-3-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 42
самостоятельная работа 66
Виды контроля по семестрам
зачеты: 8

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (8) Итого
Недель 8
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 12 12 12 12
Практические 30 30 30 30
Сам. работа 66 66 66 66
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):

Рецензент(ы):

Рабочая программа дисциплины
Теория переноса

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.03 РАДИОФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 12.03.2015г. №225)

составлена на основании учебного плана:
03.03.03 Радиофизика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9/2020-21
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9/2020-21
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Получение знаний о законах связаных с явлениями прохождения излучения через вещество, физических процессах и явлениях, рассматриваемых в рамках данной дисциплины. Освоение методов вывода уравнений и записи их в различных приближениях. Освоение основных методов решения интегро-дифференциальных уравнений теории переноса. Обзор численных методов решения задач переноса.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.05

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1 способностью к овладению базовыми знаниями в области математики и естественных наук, их использованию в профессиональной деятельности
ПК-3 владением компьютером на уровне опытного пользователя, применению информационных технологий
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.О современном состоянии, теоретических работах и результатах экспериментов в данной области исследований.
О перспективных направлениях исследований в области теории переноса излучений.
3.2.Уметь:
3.2.1.Знать методы вывода уравнений теории прохождения излучения через вещество в рамках прямого и сопряженного подходов.
Владеть основными методами упрощения и решения интегро-дифференциальных уравнений теории переноса.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Решения задач теории переноса в рамках основных приближений а также численного решения задач теории переноса.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Экспериментальные и теоретические основы курса
1.1. Краткий обзор областей науки и техники, где актуальны задачи, рассматриваемые в курсе теории переноса излучений. Постановка задачи теории переноса. Характеристики поля излучения. Характеристики среды распространения. Макро- и микроскопические сечения. Дифференциальные сечения. Индикатриса рассеяния. Лекции 8 1 ОПК-1, ПК-3 Л2.3, Л1.1
1.2. Характеристики поля излучения. Характеристики среды распространения. Макро- и микроскопические сечения. Дифференциальные сечения. Индикатриса рассеяния. Практические 8 2 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
1.3. Характеристики поля излучения. Характеристики среды распространения. Макро- и микроскопические сечения. Дифференциальные сечения. Индикатриса рассеяния. Сам. работа 8 10 ОПК-1, ПК-3 Л2.1, Л1.1
Раздел 2. Солнечное излучение в атмосфере планеты
2.1. Задачи теории прохождения излучением атмосфер планет. Уравнение переноса лучистой энергии. Условие лучистого равновесия. Интегро-дифференциальные уравнения. Граничные условия в задачах прохождения излучением атмосфер планет. Лекции 8 1 ОПК-1, ПК-3 Л2.1, Л1.1
2.2. Уравнения теории многократно рассеянного излучения. Оценка роли рефракции при многократном рассеянии света. Уравнения стандартной модели плоского слоя. Интегральное уравнение теории. Вывод приближенного уравнения переноса для полубесконечной среды. Методы Амбарцумяна. Лекции 8 2 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
2.3. Интегро-дифференциальные уравнения. Граничные условия в задачах прохождения излучением атмосфер планет. Практические 8 2 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
2.4. Интегро-дифференциальные уравнения. Граничные условия в задачах прохождения излучением атмосфер планет. Сам. работа 8 12 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
Раздел 3. Основные уравнения теории переноса. Основные приближения теории переноса.
3.1. Функции источника и детектора. Вывод прямого кинетического уравнения переноса излучения с учётом рассеяния. Вывод сопряжённого кинетического уравнения переноса излучения с учётом рассеяния. Граничные условия в рамках прямого и сопряженного подходов. Интегральное представление уравнений прямого и сопряжённого подходов. Операторная запись уравнений переноса. Лекции 8 2 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
3.2. Математическое обоснование понятий прямого и сопряжённого подходов. Обратный оператор уравнения переноса. Функция Грина. Модификация уравнений переноса в рамках прямого и сопряженного подходов в приближении непрерывного замедления. Вывод уравнения в малоугловом приближении, уравнение в приближении Фоккера-Планка. Лекции 8 2 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
3.3. Математическое обоснование понятий прямого и сопряжённого подходов. Обратный оператор уравнения переноса. Функция Грина. Модификация уравнений переноса в рамках прямого и сопряженного подходов в приближении непрерывного замедления. Вывод уравнения в малоугловом приближении, уравнение в приближении Фоккера-Планка. Практические 8 2 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
3.4. Математическое обоснование понятий прямого и сопряжённого подходов. Обратный оператор уравнения переноса. Функция Грина. Модификация уравнений переноса в рамках прямого и сопряженного подходов в приближении непрерывного замедления. Вывод уравнения в малоугловом приближении, уравнение в приближении Фоккера-Планка. Сам. работа 8 10 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
Раздел 4. Решение уравнений
4.1. Разложение по системе ортогональных функций. Решение уравнения в приближении Фоккера-Планка. Решение уравнения для деградации энергии с помощью преобразования Лапласа. Решение односкоростного кинетического уравнения с использованием преобразования Фурье-Бесселя. Решение уравнения в приближении малых углов в случае точечного изотропного источника. Лекции 8 1 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
4.2. Решение уравнения в приближении непрерывного замедления. Диффузионное уравнение переноса космических лучей. Уравнение аномальное диффузии космических лучей в дробных производных. Решения уравнений. Функция дробно-устойчивого распределения. Радиальное распределение электронов от точечного мононаправлен­ного источника. Преобразование Лапласа по координатам в решении задач теории переноса. Лекции 8 1 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
4.3. Решение уравнений теории переноса Практические 8 8 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
4.4. Решение уравнений теории переноса Сам. работа 8 10 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
Раздел 5. Численные методы в теории переноса. Методы Монте-Карло
5.1. Обзор численных методов решения уравнений переноса. Численное решение интегро-дифференциальных уравнений методом кусочно-полиномиальной интерполяции. Ряд Неймана для интегральных уравнений. Стандартная случайная величина. Моделирование случайных величин по заданному распределению плотности вероятности. Розыгрыш координат частиц из источника. Розыгрыш длины свободного пробега. Лекции 8 1 ОПК-1, ПК-3 Л1.1, Л2.2
5.2. Моделирование сечений процессов, сопровождающих прохождение излучния через вещество. Практические 8 8 ОПК-1, ПК-3 Л1.1, Л2.2
5.3. Моделирование сечений процессов, сопровождающих прохождение излучния через вещество. Сам. работа 8 12 ОПК-1, ПК-3 Л1.1
5.4. Розыгрыш типа взаимодействия. Пересчет энергии и направления движения частицы. Аналоговое вычисление характеристик поля излучения по случайным траекториям. Использование статистических весов при численном решении задач методом Монте-Карло. Неаналоговые методы вычисления показаний детектора. Решение интегральных уравнений методом Монте-Карло. Лекции 8 1 ОПК-1, ПК-3 Л1.1, Л2.2
5.5. Моделирование траекторий частиц в процессе случайных блужданий. Оценка наблюдаемых физических характеристик потоков частиц по случайным траекториям. Практические 8 8 ОПК-1, ПК-3 Л1.1, Л2.2
5.6. Моделирование траекторий частиц в процессе случайных блужданий. Оценка наблюдаемых физических характеристик потоков частиц по случайным траекториям. Сам. работа 8 12 ОПК-1, ПК-3 Л1.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
1.Макро- и микроскопические сечения. Полное и дифференциальное сечения. Другие характеристики описывающие процессы при распространении частиц.
2.Простейшее уравнение переноса лучистой энергии. Уравнение лучистого равнове-сия.
3.Уравнения теории многократно рассеянного излучения.
4.Оценка роли рефракции при многократном рассеянии света.
5.Уравнения стандартной модели плоского слоя.
6.Численное решение интегро-дифференциальных уравнений методом кусочно-полиномиальной интерполяции.
7.Понятие функций источника и детектора в задачах теории переноса.
8.Сравнение прямого и сопряжённого подходов в задачах теории переноса.
9.Прямое нестационарное уравнение переноса с учётом рассеяния частиц.
10.Сопряжённое нестационарное уравнение переноса с учётом рассеяния частиц.
11.Граничные условия в задачах теории переноса.
12.Интегральное представление прямого уравнения переноса.
13.Интегральное представление сопряженного уравнения переноса.
14.Ряд Неймана для интегральных уравнений.
15.Приближение малых углов.
16.Приближение непрерывного замедления.
17.Решение кинетического уравнения в приближении непрерывного замедления.
18.Решение задачи об угловом распределении частиц в приближении Фоккера-Планка.
19.Решение уравнения, описывающего деградацию энергии, с использованием преоб-разования Лапласа.
20.Решение односкоростного кинетического уравнения с плоским перпендикулярным источником с использованием преобразования Фурье-Бесселя.
21.Распределение по энергии частиц, прошедших путь l (распределение Ландау).
22.Математическое обоснование понятий прямого и сопряженного подходов.
23.Функция Грина.
24.Моделирование случайных величин методом обратных функций.
25. Моделирование случайных величин методом отказов.
26.Розыгрыш координат частиц из источника.
27.Розыгрыш длинны свободного пробега. Розыгрыш типа взаимодействия.
28.Розыгрыш новых фазовых координат. Пересчет направления движения частицы.
29.Аналоговое вычисление характеристик поля излучения по случайным траекториям. Алгоритм (блок-схема) построения случайных траекторий.
30.Использование статистических весов при моделировании задач методом Монте-Карло.
31.Неаналоговое решение интегральных уравнений переноса методом Монте-Карло.

5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
см. в приложение

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Широков С. В. Физика ядерных реакторов. Учебное пособие: Учебное пособие М.: Высшая школа, 2011 e.lanbook.com
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 С. С. Кацнельсон Введение в физическую газодинамику: курс лекций Новосибирск, 2006
Л2.2 Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы: Учебное пособие М.: БИНОМ. Лаборатория знаний // ЭБС "ONLINE", 2012 studfiles.net
Л2.3 Нагирнер Д.И. Радиационные механизмы в астрофизике: Издастелство Санкт-Петербургского университета, 2007
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Теория переноса portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
Компилятор языка ФОРТРАН.
Microsoft Windows
Microsoft Office
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
419К лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации; Учебная мебель на 17 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска маркерная - 1 шт.; компьютеры: NAIO Corp Z520, НЭТА - 4 in - 13 ед.

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

см. ФОС в приложении