2017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 | 磁気流体力学Ⅰ | ||
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設置学科 | 物理学専攻 | 学年 | 1年 |
担当者 | 長山 好夫 | 履修期 | 前期 |
単位 | 2 | 曜日時限 | 金曜1 |
校舎 | 駿河台 | 時間割CD | M51A |
クラス |
概要
学修到達目標 | 磁場中のプラズマは思ったようには振る舞いません。直感が効かず、数式を頼りにするしかないので、プラズマは分かりにくいです。方程式を用いたプラズマの扱いに慣れることを到達目標とします。磁気流体力学I、IIを通して、F.F. Chen「プラズマ物理入門」(和訳)およびFriedberg「Ideal MHD」(原書)を読み通して、プラズマ物理学を使う上で必須なこれら2冊の名著を座右の書とすることが、実は隠れた目標です。 |
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授業形態及び 授業方法 |
指導原理は「習うより慣れろ」です。和書(F.F. Chen)を使用している時は、講義と演習の繰り返しで、基礎的なプラズマ物理学および電磁流体力学に慣れます。原書(Friedberg)では、初めは和書で学んだ内容をもう一度英語で読むことになります。学生が順番に原書を意訳し、教員が解説します。電磁流体力学を学ぶと同時に物理英語に慣れます。 |
準備学習(予習・ 復習等)の内容・ 受講のための 予備知識 |
(予習)次回の講義の分について、理解できなくて良いので教科書を読み、単語調べをする。自分の分については意訳を作る。 (復習)授業で進んだ部分の教科書を読む。英語なので復習しないと意味が分かりません。 (予備知識)電磁気学、解析学(偏微分方程式)と線形代数学(ベクトルと行列) |
授業計画
第1回 | (プラズマ物理入門第1章) プラズマとは? 温度の概念、Debyeシールド |
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第2回 | (プラズマ物理入門第2章) 磁場中の粒子の運動 一様磁場中の粒子の運動、電場や重力場の効果、曲がった磁力線の効果 |
第3回 | (プラズマ物理入門第3章) 電磁流体力学序論 電磁気学、流体力学から電磁流体力学(MHD)へ。流体としての回転運動。 |
第4回 | (プラズマ物理入門第4章) プラズマの波動 プラズマ振動、電子波動、イオン音波 |
第5回 | (プラズマ物理入門第4章) 磁場中のプラズマの波動 プラズマ中の電磁波、磁気流体波、CMAダイヤグラム |
第6回 | (プラズマ物理入門第5章) 拡散と抵抗 拡散とは、磁場中の拡散、衝突と電気抵抗 |
第7回 | (プラズマ物理入門第5章) 磁場閉じ込めプラズマの拡散 単一流体のMHD方程式、拡散方程式、新古典拡散 |
第8回 | (プラズマ物理入門第6章) 平衡と不安定性 プラズマの圧力、磁場の拡散、各種不安定性、ドリフト波 |
第9回 | (プラズマ物理入門第7章) 運動論 速度分布関数、流体方程式の導出、ランダウ減衰 |
第10回 | (プラズマ物理入門第8章) 非線形現象 シース、ソリトン、プラズマエコー |
第11回 | (プラズマ物理入門第9章) 核融合 ローソン条件、熱と粒子のバランス方程式、トーラス、トカマク |
第12回 | (Ideal MHD 1, 2) Introduction 圧力、ベータ、MHDモデル |
第13回 | (Ideal MHD 2) Ideal MHD方程式の導出 Ideal MHD方程式の導出, MHDの適用範囲 |
第14回 | (Ideal MHD 2) Ideal MHD方程式の適用範囲 |
第15回 | (Ideal MHD 3) Ideal MHD方程式の性質 境界条件、保存則 |
その他
教科書 |
Francis F. Chen (著), 内田 岱二郎 (翻訳) 『プラズマ物理入門』 丸善 1977年 第1版
世界で最も有名なプラズマ物理の入門書です。プラズマ物理の必要最小限の知識を身につけることができます。
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参考資料コメント 及び 資料(技術論文等) |
Jeffrey P. Freidberg, Ideal MHD, Cambridge University Press, 2014, 1 edition
日本語の電磁流体力学の教科書はなく、英語の教科書しかありません。Freidbergの前著「Ideal Magnetohydrodynamics」は、絶版後、古書価格が3倍以上高騰した名著です。世界中で待たれた改訂版が、最近ようやく出版された本書です。核融合に特化していることもあり、わかりやすさは抜群です。でも英語なので、事前に単語等の下調べは必須ですし、復習として、もう一度読むことも必要です。
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成績評価の方法 及び基準 |
授業への貢献度により評価します。貢献とは、輪読の義務を果たすこと、授業に積極的に参加することです。 |
質問への対応 | 授業中に随時受け付けます。研究室でも受け付けます。 |
研究室又は 連絡先 |
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オフィスアワー | |
学生への メッセージ |
プラズマ物理学は典型的な「複雑系の物理学」です。自然界で起こっている構造形成(究極は銀河や生命の誕生など)を実験室で起こすことができる魅力的な、しかし、未開の分野です。エネルギーや温暖化の問題解決の切り札である「核融合」の基本物理学ですが、核融合炉が未完成なことからわかるようにプラズマ物理学(コアはMHD)も未完成です。教員も学生と一緒に学んでいこうと思います。 |