проблемы современной энергетики и экологич. безопасность

Московский физико-технический институт(государственный университет)
Факультет Проблем физики и энергетики
ПРОГРАММА
ИТОГОВОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 010300 - «ПРИКЛАДНЫЕ
МАТЕМАТИКА И ФИЗИКА»
«ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ»
Программа разработана кафедрой «Проблем безопасного развития современных
энергетических технологий» (базовое предприятие-Институт проблем безопасного
развития атомной энергетики РАН) в соответствии с магистерской программой
0103066- «Проблемы современной энергетики и экологическая безопасность»
Декан ФПФЭ
_С.А.Гордюнин
______199j_r.
Завкафедрой ПБРСЭ
Л.А.Болыдов
1
99г.
Москва 1998г.
"Технические и организационные основы современных энергетических
технологий"
1. Энергетические технологии основанные на использовании органического
топлива.
2. Алтернативная энергетика (солнечная, ветровая, геотермальная, энергия
биомассы, тепловая энергия океанов, энергия приливов и волн.
3. Ядерная энергетика ( физические принципы, сырьевые запасы, общее
состояние).
4. Реакторы с водой под давлением.
5. Канальные реакторы с графитовым замедлителем.
6. Реакторы с размножением на быстрых нейтронах.
Проблемы безопасности и экологии ядерной энергетики
1. Радиоэкологические последствия аварий.
2. Методы и способы минимизации последствий радиационных аварий.
3. Особенности реагирования на ядерные и радиационные инциденты.
4. Общий сценарий при выбросе радиоактивности в атмосферу: Основные
факторы и физические процессы на ранней фазе (часы-дни). Выбросэффективная высота-турбулентность атмосферы-адвекция, диффузиявыпадение-путь облучения-основы контрмероприятий.
5. Описание источника выброса: дисперсный, нуклидный состав.
Радиоактивный состав, цепочки. Дозовые коэффициенты.
6. Описание метеорологии: турбулентность атмосферы, погранслой, приземной
слой. Классы устойчивости. Коэффициенты диффузии. Шероховатость. Влияние
осадков.
7. Атмосферный перенос: уравнение адвекции-диффузии. Гауссова модель.
Лагранжева стохастическая модель. Расчет концентраций, TIC.
8. Дозиметрические модели и модели радиационного риска.
9. Расчет доз.: Основные пути облучения. Дозовые коэффициенты. Ослабление
доз - использование укрытий, йодистой профилактики, эвакуация и
отселение.
,
«Геостатистика, нейронные сети и информационные технологии»
1. Анализ и моделирование пространственных корреляций (вазиография)
2. Пространственные модели пространственных интерполяций. Прямой и
обычный кригинг. Стохастическое моделирование.
3. Идеи и принципы вероятностного картографирования. Индикаторный
кригинг. Стохастическое моделирование.
4. Искусственные нейронные сети прямого распространения.
5. Применение нейронных сетей для анализа и моделирования данных.
6. Обзор и сопоставление существующих геоинфррмационных систем.
7. Классификация топографических карт. Форматы хранения картографической
информации.
«Моделирование аварий в атомной энергетики».
1. Общее представление об АЭС, оборудование, системы безопасности,
требования к системам удержания и локализации последствий аварий.
2. Аварии на АЭС ВВЭР, феноменология аварийных процессов, типы аварий.
3. Управление авариями, предотвращение аварий, ослабление последствий.
4. Теоретическое моделирование основных процессов при тяжелых авариях на
АЭС.
5. Специфические проблемы и модели - разрушение активной зоны,
разрушение днища корпуса реактора, взаимодействие расплава с бетоном,
выход продуктов деления.
6. Условие равновесия фаз и графическое правило нахождения равновесных
составов в бинарных сплавах; эвтектические фазовые диаграммы.
7. Термодинамический потенциал бинарного сплава в рамках модели
решеточного газа с взаимодействием ближайших соседей и построение
простейшей фазовой диаграммы.
8. Тройные фазовые диаграммы и области сосуществования двух и трех фаз.
9. Анализ неустойчивости при спинодальном распаде твердого раствора.
10. Выпадение и рост зародышей новой фазы из пересыщенного твердого
раствора.
11. Взаимная диффузия в бинарных системах: эффект Киркендалла и расчет
Даркена.
12. Кинетика перемещения межфазной границы при диффузионном
массопереносе по фазам.
Теоретические основы газо-гидродинамики и конвективного теплообмена
1. Основные механизмы передачи тепла - теплопроводность, конвекция,
излучения. Теплообмен при кипении. Подобие теплофизических явлений.
Безразмерные числа. Примеры теплопередачи.
2. Уравнения движения идеальной жидкости. Гидростатика. Законы сохранения и
вариационные методы.
3. Потенциальное течение: уравнение Вернули, сила сопротивления при
потенциальном обтекании.
4. Уравнение Навье-Стокса для вязкой жидкости. Примеры задач о простейших
типах течения вязкой жидкости. Формула Стокса. Колебательное движение
вязкой жидкости.
5. Задача об устойчивости стационарного движения: переход к турбулентности.
Модель развитой турбулентности Колмогорова-Обухова.
6. Движение в ламинарном пограничном слое: устойчивость, сила
сопротивления. Теплообмен и сопротивление при течении в трубах и
каналах.
7. Турбулентный пограничный слой. Модели турбулентности. Теплообмен и
сопротивление при течении в трубах и каналах.
8. Уравнение переноса тепла. Теплопроводность-и конвекция в несжимаемой
жидкости.
9. Методы и современное состояние исследование теплоотдачи
энерговыделяющей жидкости.
10. Универсальные условия совместимости на межфазных границах и в системе
наблюдателя.
11. Специальные условия совместимости на межфазных границах в процессах
тепло и массообмена.
12. Капиллярные и гравитационные волны на поверхности жидкости.
Неустойчивости. Солитоны.
13. Модельные задачи о движении сферы в идеальной и вязкой жидкости.
14. Парожидкостные потоки в каналах. Одномерные уравнения импульса и
энергии для двухфазных потоков. Модели для расчета трения на границе
пленки.
15. Характерные особенности реакции горения.
16. Ударные волны. Основные соотношения и законы сохранения.
17. Детонационные волны. Режимы детонации.
18. Неустойчивость детонационного фронта. Концентрационные пределы и
скорость распространения детонации в пределе.
19. Детонация в двухфазных средах.
«Вероятностные методы в теории надежности»
1. Цели, задачи и объем исследований ВАБ.
2. Анализ аварийных последовательностей. Метод дерева событий.
3. Определения вероятностного пространства (измеримости, случайной
величины).
4. Математическое ожидание как интеграл Лебега по вероятностной мере.
5. Нормальные случайные величины. Определение и характеристическая
функция. Параметры.
6. Условное математическое ожидание для нормальных векторов. Нормальная
корреляция.
7. Свойства оценок. Несмещенность, , ^состоятельность.
8. Оценивание дисперсии нормальной случайной величины.
9. Алгебра множеств и вероятностные характеристики надежности
10. Структурная схема надежности
11. Дерево отказов
12. Марковский процесс
т
Математическое моделирование
1. Итерационные методы решения систем нелинейных алгебраических
уравнений.
2. Методы решения систем линейных алгебраических уравнений.
3. Анализ чувствительности математических моделей и их константное
наполнение. Верификация и валидация математических моделей.
4. Математические модели с сосредоточенными параметрами. Математические
модели, описываемые системами обыкновенных дифференциальных уравнений.
5. Методы численного решения систем обыкновенных дифференциальных
уравнений. Одношаговые методы. Явный и неявный методы Эйлера.
Аппроксимация и устойчивость. Методы Рунге-Кутта. Многошаговые
численные методы. Методы Адамса.
6. Математические модели с распределенными параметрами.
Дифференциальные уравнения в частных производных гиперболического,
параболического и эллиптического типа.
7. Методы дискретизации математических моделей на примере схемы "Кабаре"
для уравнения конвективного переноса. Свойства дискретных математических
моделей и методы их исследования.
8. Построение модели с распределенными параметрами на примере системы
уравнений Бакли-Лаверетта, описывающих фильтрацию несмешивающихся и
несжимаемых жидкостей.
9. Напряжения в бесконечной цилиндрической оболочке под действием
внутреннего давления.
10. Аналитическое решение задачи о изгибе балки.
11. Задача о колебаниях стержня.
12. Обобщенный закон Гука.
13. Анализ конструкций в технике.
14. Конечно-элементное моделирование напряженного состояния.
Литература
"Технические и организационные основы современных энергетических
технологий"
1. Э.П. Волков, В.А. Ведяев, В.И. Образцов, "Энергетические установки
электростанций".
2. John G. Collier, Geoffrey F. Hewitt, "Introduction to Nuclear Power",
Hemisphere Publishing Corporation, New-York, 1989.
"Математическая теория надежности"
1. Б.Гнеденко, Ю.Беляев "Математические методы в теории
надежности",Москва, Наука, 1965.
2. М.Кендал, А.Стюарт "Теория распределений", Наука, 1969.
"Современные методы анализа данных - геостатистика, нейронные сети"
1. Isaaks E.H., Srivastava R.M. An Introduction to Applied Geostatistics. Oxford
Univercity press, Oxford, 1989.
2. Journel A.G., Huijbregts Ch.J. Mining Geostatistics. London: Academic Press.
1978,600р..
3. Deutsch C., Journel A.G. GSLIB. Geostatistical Software Library and User's
Guide. Oxford University Press. 1998, 369p.
4. Pannatier Y. Variowin. Software for Spatial Data Analysis in 2D.Springer., 1996.
5. Mandelbrot B.B. The Fractal Geometry of Nature. Freeman, New York, 1982.
6. Korvin G. Fractal Models in the Earth Sciences, Elsevier Science Publishers, 1992
7. Gallant R. Neural Network Learning and Expert Systems. Cambridge, The MIT
Press. 365 p. 1993
8. P.D.Wasserman Neural Computing. Theory and Practice. N.Y., Van Nostrand
Reinhold. 300 p., 1989
9. Haykin S. Neural Networks. A Comprehensive Foundation. Macmillan College
Publishing Company. N.Y., 1994, 696 p.
"Кинетика физических процессов в твердых телах"
1. Ч.Киттель, Введение в физику твердого тела.
2. Г.Шульце, Металлофизика.
3. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Статистическая физика.
4. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Физическая кинетика.
5. Я.Е.Гегузин, Диффузионная зона.
6. Я.Е.Гегузин, М.А.Кривоглаз, Движение макроскопических включений в
твердых телах.
"Математическое моделирование и вычислительные методы"
1. А.А. Самарский, Теория разностных схем., Москва, Наука, 1983.
2. А.А.Самарский, А.В. Колдоба, Ю.А. Повещенко, В.Ф. Тишкин, А.П.
Фаворский, "Разностные схемы на нерегулярных сетках", Минск, 1996.
3. Ф.П. Васильев, "Методы решения экстремальных задач", Москва, Наука, 1981.
4. А.А. Самарский , А.В. Гулин, "Устойчивость разностных схем", Москва,
Наука, 1973.
5. Г.И. Марчук, В.И. Агошков, "Введение в проекционно сеточные методы",
Москва, Наука, 1981.
6. О.М. Белоцерковский, Ю.М. Давыдов, "Метод крупных частиц в газовой
динамике", Москва, Наука, 1982.
"Теоретические основы гидродинамики и конвекционного теплообмена"
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука. 1986. - 736 с.
2. Серрин Дж. Математические основы классической механики жидкости. М.:
И.Л. 1963.-256с.
3. Me Comb W.D. The Physics of Fluid Turbulence. Oxford.: Clarendon. 1990.
4. Natural Convection. Fundamentals and Applications. /Ed. By Kacac S., Aung W.,
Viskanta/ Washington etc. Hemisphere. 1985. - 1181p.
5. Себиси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен. Физические основы и
вычислительные методы. М.: Мир. 1987. - 590с.
6. Гебхарт Б., Джалурия И., Махаджан Р., Саммакия Б. Свободноконвективные
течения, тепло- и массообмен. Кн. 1, 2. М.: Мир. 1991. - 1208с
7. Петухов Б.С., Гении Л.Г., Ковалев С.А. Теплообмен в ядерных энергетических
установках. М.: Энергоатомиздат. 1986. - 470 с.
"Дополнительные главы теории вероятности и математической
статистики"
1. Бокс Дж.,Дженкинс Г./'Анализ временных рядов. Прогноз и управление",
Москва, Мир, 1974.
2. Вентцель А.Д., Курс теории случайных процессов", Москва, Наука, 1975.
"Феноменология и теория радиационных катастроф
1. Р.В. Арутюнян, Л.А. БОЛЬШОЕ, А.Д. Васильев, В.Ф. Стрижов, "Физические модели
тяжелых аварий на АЭС", Москва, Наука, 1992.
2. "Проблемы Безопасного Развития Атомной Энергетики" под. ред. Л.А.
Большова, Моска, Наука, 1992.
"Физика быстропротекающих газодинамических процессов"
1.Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшиц. Теоретическая физика., т VI. Гидродинамика, М.,
«Наука», 1988.
2.Д.А. Франк-Каменецкий. Диффузия и теплопередача в химеческой кинетике. М.,
«Наука». 1987.
З.Войцеховский Б.В., Митрофанов В.В., Топчиян М.Б. Структура детонации в
газах. Новосибирск, изд-во СОАН СССР, 1963, 260 с.
4.Детонация конденсированных игазовых систем. Под редакцией Ю.И.Фролова.
М., "Наука", 1986.
5. Ивандаев А.И., Кутушев А.Г., Нигматулин Р.И. Итоги науки и техники.
Серия Механика жидкости и газа, т. 16. 1981.
"Вероятностный анализ безопасности".
1.С.А. Саркисян, "Теория прогнозирования и принятия решений", Высшая
школа, 1977.
2.А.И. Клемин, B.C. Емельянов, В.Б. Морозов, "Расчет надежности ядерных
энергетических установок", Москва, Энергоиздат, 1982.
"Численные методы в механике деформируемого тела"
1.Зенкевич "Метод конечного элемента в технике", Москва, Мир, 1973.
2.Л.Д.Ландау ,Теоретическая физика, т VI. "Теория упругости", М., «Наука»,
1988.
3.Руководства по использованию и описание программных комплексов
DYNA3D, I-DEAS, ANSYS, NASTRAN, COSMOS.
"Системы поддержки принятия решений"
1. Hanna S.R. "Review jf atmospheric diffusion for regulatory replications", WMO
Techn., Note N177, 1982,p.42.
2. "Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ,
содержащихся в выбросах предприятий", Л., Гидрометеоиздат, 1987.
3. Э.А. Трахтенгерц, "Компьютерная поддержка принятия решений", Москва,
Синтег,1998. "Моделирование тяжелых аварий" 910-й семестры.
1."Аварии на атомных станциях" уч. Пособие под. ред. С.П. Соловьева,
Обнинск, 1992.
2. Р.В. Арутюнян, Л.А. БОЛЬШОЕ, А.Д. Васильев, В.Ф. Стрижов, "Физические модели
тяжелых аварий на АЭС", Москва, Наука, 1992.
3. John G. Collier, Geoffrey F. Hewitt, "Introduction to Nuclear Power", Hemisphere
Publishing Corporation, New-York, 1989.
«Гидродинамика многофазных течений"
1. P.H. Нигматулин "Динамика многофазных сред", 1987г.
2. Д.А. Лебупцов, В.В. Ягов
"Основы механики двухфазных потоков"
"Последствия ядерных и радиационных аварий"
1. Маргулис У.Я., Атомная энергия и радиационная безопасность., М.,
Энергоатомиздат, 1988.
2. Радиация. Дозы, эффекты, риск. Пер. с англ. М., Мир, 1990.
3. Егоров Ю.А. Основы радиационной безопасности атомных электростанций.
Учеб. пособие для вузов., 1981.
4. Международный Чернобыльский проект. Оценка радиологических
последствий и защитных мер. Доклад Международного консультативного
комитета. М., ИздАТ, 1991.
5. Итоги изучения и опыт ликвидации последствий аварийного загрязнения
территории продуктами деления урана. Под ред. Бурназяна А.И., М.,
Энергоатомиздат, 1990.
6. Романов Г.Н. Ликвидация последствий радиационных аварий, Справ., М.,
ИздАТ, 1993.
7. Алексахин P.M. и др. Сельскохозяйственная радиоэкология. М., Экология, 1992.