FPF:UFAF004 Atomic and nuclear physics - Course Information
UFAF004 Atomic and nuclear physics
Faculty of Philosophy and Science in OpavaSummer 2023
- Extent and Intensity
- 4/2/0. 8 credit(s). Type of Completion: zk (examination).
- Teacher(s)
- RNDr. Josef Juráň, Ph.D. (lecturer)
RNDr. Josef Juráň, Ph.D. (seminar tutor)
doc. Ing. Petr Habrman, CSc. (lecturer)
doc. Ing. Petr Habrman, CSc. (seminar tutor) - Guaranteed by
- doc. Ing. Petr Habrman, CSc.
Centrum interdisciplinárních studií – Faculty of Philosophy and Science in Opava - Timetable
- Tue 15:35–18:50 B1
- Timetable of Seminar Groups:
- Prerequisites (in Czech)
- ( UFAF001 Mechanics and molecular physic || UF01000 Mechanics and molecular physic ) && ( UFAF002 Electricity and Magnetism || UF01100 Electricity and Magnetism )
- Course Enrolment Limitations
- The course is also offered to the students of the fields other than those the course is directly associated with.
- fields of study / plans the course is directly associated with
- Astrophysics (programme FPF, B1701 Fyz)
- Course objectives
- On successful completion of this course, students will: - acquire knowledge and understanding about the electronic and nuclear structure of atoms, - be able to solve problems related to the structure of atoms, radioactivity, interaction of radiation with matter, nuclear fission etc., - have an appreciation of the influence of atomic and nuclear physics on modern scientific development. The course also forms the necessary prerequisite for studying quantum physics, particle physics etc.
- Syllabus (in Czech)
- Od atomů k nanotechnologiím. Přehled výsledků moderních analytických a zobrazovacích metod. Jak dokážeme manipulovat s atomy a určit jejich vlastnosti? Náboj v elektrickém a magnetickém poli. Vlastnosti elektronu. Princip hmotnostního spektrometru.
Černé těleso, teplotní vyzařování a kvantování energie. Stefanův a Boltzmannův zákon. Wienovy zákony. Planckův vyzařovací zákon a představa kvantování energie. Vyzařování černého tělesa v praxi.
Dualismus. Energie jako vlnění a jako částice. Fotoefekt, Comptonův jev. De Broglieova hypotéza a její experimentální potvrzení. Heisenbergovy relace neurčitosti.
Atomová struktura. Rutherfordův experiment a planetární model atomu. Rutherfordova formule.
Atomy a jádra. Spektrální série atomu vodíku a jejich sjednocení. Potíže planetárního modelu. Bohrův model atomu vodíku a postuláty. Elektronové energetické hladiny. Spektra atomů alkalických kovů. Sommerfeldova teorie a prostorové kvantování.
Úvod do kvantové mechaniky. Vlnová funkce v kvantové mechanice. Základní matematický aparát kvantové mechaniky. Časová a bezčasová Schrödingerova rovnice. Částice v potenciálové jámě. Kvantování energie. Potenciálová bariéra a tunelový jev. Momenty hybnosti a magnetické momenty. Kvantová čísla. Vektorový model momentu hybnosti a spinu. Harmonický oscilátor. Řešení Schrödingerovy rovnice pro atom vodíku.
Vybrané experimenty atomové fyziky. Normální Zeemanův jev, anomální Zeemanův jev, Paschenův a Backův jev, Sternův a Gerlachův experiment, Franckův a Hertzův experiment.
Atomy s mnoha elektrony. Pauliho vylučovací princip. Slupkový model elektronového obalu. Periodicita kvantových stavů elektronů v atomech.
Rentgenové záření a jeho aplikace. Buzení rentgenového záření. Brzdné a charakteristické záření. Moseleyův zákon. Augerův jev. Zeslabení rentgenového záření při prozařování. Aplikace rentgenového záření, počítačová tomografie.
Lasery a jejich aplikace. Zářivé přechody v elektronovém obalu. Stimulovaná absorpce. Spontánní a stimulovaná emise. Inverzní populace a realizace kvantového generátoru. Vlastnosti laserů a jejich aplikace.
Atomová jádra. Jaderný poloměr a jeho stanovení. Elektrické a magnetické momenty jader. Hmotnost jádra, hmotnostní úbytek a vazbová energie. Jaderná síla. Jaderná magnetická rezonance a její aplikace.
Stabilita a modely jader. Kapkový model, Weizsäckerova formule. Statistický model, fermionový plyn. Slupkový model, energetické hladiny.
Jaderné přeměny. Typy a mechanismy průběhu jaderných reakcí. Důsledky zákonů zachování pro jaderné reakce. Účinný průřez jaderné reakce a jeho stanovení. Excitační funkce jaderných reakcí vyvolaných nabitými a nenabitými částicemi. Účinné průřezy vybraných jaderných reakcí 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 perspektivy realizace syntézy.
Radioaktivita. Rozpadový zákon, radioaktivní řady, rozpadová schémata. Rozpad alfa, energetická podmínka, Geigerovo a Nutallovo pravidlo. Rozpad beta, energetické spektrum elektronů, neutrino, energetická podmínka. Emise pozitronů a elektronový K záchyt, energetické podmínky. Přeměna gama a vnitřní konver
- Od atomů k nanotechnologiím. Přehled výsledků moderních analytických a zobrazovacích metod. Jak dokážeme manipulovat s atomy a určit jejich vlastnosti? Náboj v elektrickém a magnetickém poli. Vlastnosti elektronu. Princip hmotnostního spektrometru.
- Literature
- required literature
- HALLIDAY D., RESNICK R., WALKER J. Fyzika. Část 4 a 5. VUTIUM Brno, 2000. ISBN 80-214-1868-0. info
- Teaching methods
- Interactive lecture
Lecture supplemented with a discussion - Assessment methods
- The analysis of student 's performance
Credit - Language of instruction
- Czech
- Further comments (probably available only in Czech)
- Study Materials
The course can also be completed outside the examination period. - Teacher's information
- Course credit
- attendance in seminars is mandatory
- two written intrasemester tests and solved credit problems in the extent of the content of seminars (success rate 70 %)
Exam
- written test (solving problems) and oral.
- Enrolment Statistics (Summer 2023, recent)
- Permalink: https://is.slu.cz/course/fpf/summer2023/UFAF004