UF02200 Atomová a jaderná fyzika

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
léto 2010
Rozsah
4/2/0. 6 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Ing. Petr Habrman, CSc. (přednášející)
doc. Ing. Petr Habrman, CSc. (cvičící)
Garance
doc. Ing. Petr Habrman, CSc.
Centrum interdisciplinárních studií – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Předpoklady
UFAF003 Optika || UF01102 Optika
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Do výkladu o fyzikálních vlastnostech atomového obalu a jádra jsou zařazeny jak poznatky experimentální fyziky, tak úvodní partie kvantové mechaniky a důsledky speciální teorie relativity.
Osnova
  • Vlny a záření. Záření černého tělesa: spektrální hustota intenzity vyzařování a pohltivost, zákony Kirchhoffův, Stefanův-Boltzmannův, Wienovy, Rayleighův-Jeansův a Planckův. Dualismus: fotoefekt, Comptonův jev; vlnová funkce, Heisenbergovy relace neurčitosti, Schrödingerova rovnice bezčasová a časová, projevy vlnových vlastností částic.
    Atomová struktura. Rutherfordův experiment, vlastnosti elektronu a elektronový obal atomu. Zákonitosti v atomových spektrech, spektrální termy, série atomárního vodíku, kombinační princip. Bohrův model atomu, energie a poloměr dráhy elektronu.
    Stavba atomu. Sommerfeldova teorie a prostorové kvantování, Moseleyovy diagramy. Magnetický moment elektronové dráhy. Spektra atomu alkalických kovů. Spin elektronů, spinorbitální vazba. Termy a výběrová pravidla.
    Atomy s více elektrony. Pauliho vylučovací princip. Elektronová konfigurace a periodická soustava prvků.
    Vybrané základní experimenty atomové fyziky. Normální Zeemanův jev, anomální Zeemanův jev, Paschenův-Backův jev, Sternův-Gerlachův experiment, Franckův-Hertzův experiment.
    Rentgenové záření. Buzení rentgenového záření, Barklův experiment. Zákonitosti v rentgenových spektrech, charakteristické záření, Augerův jev. Využití rentgenového záření.
    Zářivé přechody elektronu. Pravděpodobnosti přechodu a výběrová pravidla, vynucené přechody a kvantové generátory, princip rubínového laseru.
    Vznik a struktura molekul. Chemická vazba, ionizační potenciál. Iontová vazba, síly a potenciální energie v biatomové molekule. Kovalentní vazba, vaznost a změna energie při vzniku vazby.
    Atomové jádro. Vlastnosti nukleonů. Poloměr jader a jeho zjišťování, hmotnost a hmotnostní defekt jader. Spin jader
    a hyperjemná struktura spektrálních čar. Elektrické a magnetické momenty jader.
    Atomové jádro jako soustava nukleonů. Vazbová energie jader, diagram stability jader, vazbové energie jader vztažené na nukleon. Jaderné síly, potenciál jaderných sil, Yukawova teorie. Kapkový model jádra - Weizsäckerova formule, slupkový model jádra - energetické hladiny.
    Jaderné přeměny. Zákony zachování při jaderných přeměnách. Jaderné reakce, základní typy. Důsledky zákonu zachování energie a hybnosti pro jaderné reakce. Základní mechanismy průběhu jaderných reakcí. Účinný průřez jaderné reakce a jeho stanovení. Excitační funkce jaderných s neutrony.
    Jaderné reakce s energetickým využitím. Mechanismus štěpné jaderné reakce, energetická bilance štěpení, štěpná řetězová reakce s a bez moderátoru, jaderný energetický reaktor: typy a jejich komponenty. Termojaderná syntéza, cykly termojaderných reakcí a energetická bilance, Lawsonovy podmínky a možnosti realizace syntézy.
    Radioaktivita. Radioaktivita přirozená a umělá, rozpadový zákon, radioaktivní rady, rozpadová schémata. Rozpad ß+, energetické podmínky, Geigerovo-Nutallovo pravidlo. Rozpad ß-, energetické spektrum elektronu, neutrino. Rozpad ß-, ß+ a elektronový záchyt, energetické podmínky. Přeměna a vnitřní konverze.
    Interakce ionizujícího záření s látkou. Klasifikace interakce mezi částicemi. Průchod těžkých nabitých částic látkou, lineární brzdná schopnost, Braggova křivka, dosah nabitých částic. Průchod elektronu látkou, emise brzdného záření, porovnání ionizačních a radiačních ztrát, Čerenkovovo záření, interakce pozitronu s látkou. Interakce fotonu s látkou, účinné průřezy jednotlivých efektů, zeslabovací zákon.
    Urychlovače částic. Principy urychlování. Kruhové urychlovače, betatron a betatronová podmínka, cyklotron
    a mikrotron. Lineární urychlovače: Van der Graafův vysokofrekvenční. Zařízení se vstřícnými svazky (collider).
Literatura
    doporučená literatura
  • Úlehla I., Suk M., Trka Z. Atomy, jádra, částice. Academia, Praha, 1990. info
  • Feynman R.P., Leighton R.B., Sands M. Feynmanove přednášky z fyziky. Alfa, Bratislava, 1986-1990, 1986. info
  • Janča J. et al. Obecná fyzika IV. SPN, Praha, (skriptum), 1986. info
  • Beiser A. Úvod do moderní fyziky. Academia, Praha, 1978. info
Vyučovací jazyk
Angličtina
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2011.