UF02200 Atomic and Nuclear Physics

Faculty of Philosophy and Science in Opava
Summer 2011
Extent and Intensity
4/2/0. 6 credit(s). Type of Completion: zk (examination).
Teacher(s)
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
Prerequisites (in Czech)
UFAF003 Optics || UF01102 Optics
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
Course objectives (in Czech)
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. Obsah (Sylabus) 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 betatro
Syllabus (in Czech)
  • 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).
Literature
    recommended literature
  • 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
Language of instruction
Czech
Further Comments
The course can also be completed outside the examination period.
The course is also listed under the following terms Summer 2010.
  • Enrolment Statistics (recent)
  • Permalink: https://is.slu.cz/course/fpf/summer2011/UF02200