Podstawy fizyki jądrowej i cząstek elementarnych

obowiązkowe

Budowa materii 0900-FS1-3BUM

Zaliczony w I stopniu przedmiot Budowa materii oraz znajomość podstaw mechaniki kwantowej

w sali

Cel zajęć:

Zapoznanie studentów z podstawowymi informacjami na temat:

• fizyki procesów jądrowych,

• rozpadów promieniotwórczych (rodziny promieniotwórcze),

• reakcji jądrowych,

• naturalnych i sztucznych źródeł promieniowania jonizującego,

• oddziaływania promieniowania jonizującego z materią,

• metody detekcji promieniowania,

• podstawowych składników materii.

Profil studiów: ogólnoakademicki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy, moduł "Fizyka doświadczalna"

Dziedzina i dyscyplina nauki: Nauki fizyczne, fizyka

Rok studiów/semestr: 2 rok/3 semestr, studia II stopnia (fizyka doświadczalna)

Wymagania wstępne: Zaliczony na I stopniu przedmiot Budowa materii oraz znajomość podstaw mechaniki kwantowe

Liczba godzin zajęć dydaktycznych: Wykład 30 godz., laboratorium 30 godz.

Metody dydaktyczne: Wykład w formie prezentacji multimedialnej, w miarę możliwości wzbogacony o pokaz doświadczeń związanych z tematyką zajęć (notatki z wykładu dostępne są na stronie e-learningowej);laboratorium: samodzielne wykonanie 4 ćwiczeń ściśle związanych z tematyka wykładu, opracowanie wyników ćwiczeń i przygotowanie końcowego opisu jako praca własna.

Punkty ECTS: 7

Bilans nakładu pracy studenta: Udział w wykładach (30 godz.), udział w zajęciach laboratoryjnych (30 godz.), udział w konsultacjach (3 godz.), szkolenie BHP - 1 godz., praca własna (przygotowanie się do zajęć laboratoryjnych oraz opracowywanie opisów do ćwiczeń laboratoryjnych w domu - (2+1)*30=90 godz.), przygotowywanie się do egzaminu pisemnego i udział w egzaminie - 15 godz. W sumie - 169 godz.

Wskaźniki ilościowe: Nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 61 godz. - 3,6 punktów ECTS, nakład pracy związany z zajęciami praktycznymi, laboratorium) - 30 godz. (można przyjąć proporcjonalny udział tych zajęć w sumarycznych punktach ECTS, czyli 30/169*7=ok. 1 ECTS)

Tematy podejmowane na Wykładzie:

1. Przypomnienie podstawowych pojęć z dziedziny fizyki jądrowej (nazewnictwo).

2. Przekrój czynny (liniowy i masowy współczynnik absorpcji). Oddziaływanie z materią cząstek naładowanych. Oddziaływanie promieniowania gamma z materią. Biologiczne oddziaływanie promieniowania jonizującego.

3. Zasady działania i zastosowanie wybranych detektorów promieniowania (cechy detektorów, ogólne zasady działania detektorów, wydajność detektorów, zdolność rozdzielcza detektorów). Elementy dozymetrii.

4. Metody wytwarzania promieniowania jądrowego (rodzaje promieniowania i główne charakterystyki). Akceleratory.

5. Własności jąder atomowych i metody ich badania (ładunek jąder atomowych, rozmiary i kształt jąder atomowych, masa i energia wiązania jąder atomowych, deficyt masy, zależność energii wiązania od liczby masowej, liczby magiczne). Spin i moment magnetyczny jąder atomowych, parzystość jąder atomowych, statystyka jąder atomowych: Fermiego-Diraca, Bosego-Einsteina.

6. Modele struktury jądra atomowego (model gazu Fermiego, model kroplowy, model powłokowy, modele kolektywne, model optyczny).

7. Przemiany promieniotwórcze i prawa nimi rządzące (spontaniczne przemiany promieniotwórcze alfa, beta, gamma i ich charakterystyki, rodziny promieniotwórcze, ścieżka stabilności. Przypomnienie prawa rozpadu promieniotwórczego i podstawowych charakterystyk rozpadu, zastosowanie rozpadu promieniotwórczego.

8. Reakcje jądrowe (podział reakcji, zasady zachowania, reakcje wprost i poprzez jądro złożone, reakcje rezonansowe). Reakcje rozszczepienia, reakcje łańcuchowe, masa krytyczna. Budowa i zasada działania reaktora jądrowego. Reakcje syntezy termojądrowej, kryterium Lawsona. Pochodzenie pierwiastków.

9. Przegląd cząstek elementarnych („stare” i nowe liczby kwantowe, ogólny podział cząstek elementarnych). Elementy Modelu Standardowego. Leptony i kwarki. Neutrony (ogólne własności neutronów, oddziaływanie neutronów z materią, źródła neutronów, spowalnianie neutronów, detekcja neutronów, spektrometria neutronów).

Tematy podejmowane na Laboratorium:

- Prawo rozpadu promieniotwórczego.

- Zależność natężenia promieniowania gamma w funkcji odległości od źródła promieniotwórczego,

- Prawo absorpcji promieniowania.

- Rozpraszanie promieniowania gamma

1. E.Żukowski, Miniskrypt do wykładu

2. E.Skrzypczak, Z.Szefliński „Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych”, PWN, Warszawa 2002.

3. A.Strzałkowski, „Wstęp do fizyki jądra atomowego”, PWN, 1978.

4. D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, „Podstawy fizyki”, Tom 5, PWN, Warszawa 2003

5. A.Bettini, „Introduction to Elementary Particle Physics”, Cambridge University Press 2008

Student:

1. uzyskuje rozszerzoną wiedzę w zakresie fizyki jądra atomowego i podstawowych metod eksperymentalnych stosowanych w tej dziedzinie fizyki

2. nabywa zdolności do poszerzania wiedzy w zakresie fizyki mikroświata w oparciu o opanowany język i zakres pojęć,

3. rozumie i potrafi wytłumaczyć przebieg wybranych zjawisk mikroświata wykorzystując poznane narzędzia ich opisu,

4. umie analizować proste problemy z zakresu fizyki mikroświata oraz znajdować ich rozwiązania w oparciu o uzyskaną wiedzę, wykonywać stosowne analizy ilościowe oraz formułować wnioski jakościowe,

5. umie ze zrozumieniem i krytycznie korzystać z zasobów literatury oraz zasobów Internetu w odniesieniu do problemów fizyki mikroświata,

6. umie wykonywać proste doświadczenia z zakresu fizyki jądra atomowego oraz analizować ich wyniki,

7. pogłębia umiejętność pracy w zespole laboratoryjnym, przyjmując w nim rolę wykonawcy lub koordynatora eksperymentu,

8. pogłębia umiejętność organizowania pracy zespołu laboratoryjnego i przyjmowania odpowiedzialności za efekty jego pracy,

9. umie objaśnić zasadę działania wybranych zestawów pomiarowych z zakresu fizyki jądrowej.

Po zakończeniu kształcenia z przedmiotu Podstawy fizyki jądrowej odbywa się egzamin pisemny, który weryfikuje uzyskaną wiedzę

Nie dotyczy