UFMMTBP006 Atomová a jaderná fyzika

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
léto 2023
Rozsah
4/2/0. 7 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
RNDr. Josef Juráň, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Josef Juráň, Ph.D. (cvičící)
Garance
RNDr. Josef Juráň, Ph.D.
Centrum interdisciplinárních studií – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Rozvrh
Út 15:35–18:50 B1
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
UFMMTBP006/A: Čt 8:55–10:30 B4, J. Juráň
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem předmětu je osvojit si základní představy o struktuře atomu, stavbě atomového obalu a jádra. Výklad je veden v historickém kontextu. Studenti se seznámí s experimenty, které měli zásadní vliv na naše chápání mikrosvěta. Závěrečná část předmětu je věnována částicové fyzice.
Výstupy z učení
Student bude mít po úspěšném absolvování předmětu základní představu o struktuře atomů a bude schopen řešit základní úlohy s nimi související, jako např. záření atomů, radioaktivita, interakce záření s látkou, jaderné reakce, atd.
Osnova
  • Historie vývoje představ o atomu: modely atomu, krize klasické fyziky, klíčové experimenty. • Tepelné záření těles: šedé a absolutně černé těleso, Wienův posunovací zakon, Wienova aproximace, Rayleighův–Jeansův zákon, Planckův vyzařovací zákon, Stefanův–Boltzmannův zákon. • Dualismus vln a částic: Youngův experiment, teorie světla, fotoefekt, Comptonův jev, de Broglieho hypotéza, Davissonův–Germerův experiment. • Atom vodíku a jeho spektrum: Geigerův–Marsdenův experiment, Rutherfordův a Bohrův model atomu, energiová hladina, Franckův–Hertzův experiment, Balmerova série. • Elementy kvantové mechaniky: rozdíly mezi klasickou a kvantovou fyzikou, Schrodingerova rovnice a vlnová funkce, Heisenbergovy relace neurčitosti, kvantové tunelování a jeho aplikace. • Vlastnosti atomů: Sternův–Gerlachův experiment, spin elektronu, magnetická rezonance. Atomy s více elektrony, Pauliho vylučovací princip, obsazování orbitalů, periodická tabulka prvků. Vznik spekter, Starkův a Zeemanův jev. Molekuly, jejich vazby a spektra. • Rentgenové brzdné a charakteristické záření. Lasery. • Jaderná fyzika: Geiger–Marsden experiment, atomové jádro, protony, neutrony, základní charakteristiky nuklidů. Nuklidový diagram, vazební energie, hmotnostní schodek a nadbytek. Modely atomového jádra, jaderná síla. • Přeměny atomového jádra: zákon radioaktivní přeměny, mechanismus alfa a beta rozpadu, radioaktivní datování. • Jaderné reakce: kinematika srážek, účinný průřez, jaderné štěpení a termojaderná fúze. • Interakce ionizujícího záření s látkou: druhy ionizujícího záření a jejich interakce s látkou, absorbce záření v látce, ionizační ztráty a dosah, radiační ztráty a délka. Betheho a Blochova formule, Braggova křivka. • Dozimetrie: veličiny radiačních dávek, biologické účinky ionizujícího záření, ochrana před zářením. • Vhled do fyziky vysokých energií: třídění částic, základní síly. Elementární částice a jejich interakce, Standardní model. Urychlovače, detektory, CERN. Kosmické záření. Velký třesk, vznik prvků, nukleosyntéza, reliktní záření, tmavá hmota.
Literatura
    povinná literatura
  • Halliday D., Resnik R., Walker J. Fyzika. Část 5. 2000 - VUTIUM. Brno, PROMETHEUS, Praha., 2000. info
    doporučená literatura
  • HABRMAN P. Atomová a jaderná fyzika. Elektronická sbírka příkladů. SU Opava, 2005.
  • Úlehla, I., Suk, M., Trka, Z. Atomy, jádra, částice. Academia, Praha, 1990. info
  • Veltman M. Fakta a záhady ve fyzice elementárních částic. Academia, 2007. ISBN 978-80-200-1500-6. info
    neurčeno
  • NOSEK D. Jádra a částice, řešené příklady. Matfyzpress, 2005.
  • LILLEY J. Nuclear Physics. Principles and Applications. John Wiley, New York, 2005. ISBN 0-471-97936-8. info
Výukové metody
Monologická (výklad, přednáška)
Cvičení
Samostudium studentů
Individuální konzultace
Metody hodnocení
domácí úkoly
náhodný test
zápočtový písemný test
ústní a písemná zkouška
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2021, léto 2022, léto 2024, léto 2025.