FPF:UF01200 Atomová a jaderná fyzika - Informace o předmětu
UF01200 Atomová a jaderná fyzika
Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavěléto 2014
- Rozsah
- 4/2/0. 9 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
- ( UFAF001 Mechanika a molekulová fyzika || UF01000 Mechanika a molekulová fyzika ) && ( UFAF002 Elektřina a magnetismus || UF01100 Elektřina a magnetismus )
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
- Mateřské obory/plány
- předmět má 6 mateřských oborů, zobrazit
- Cíle předmětu
- Do výkladu o fyzikálních vlastnostech atomového obalu a jádra jsou zařazeny jak poznatky experimentální fyziky, tak také úvodní partie kvantové mechaniky.
- Osnova
- 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 konverze.
Interakce ionizujícího záření s látkou. Průchod těžkých nabitých částic látkou, lineární brzdná schopnost, Braggova křivka, dosah nabitých částic. Průchod elektronů látkou, emise brzdného záření, porovnání ionizačních a radiačních ztrát, Čerenkovovo
- 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.
- Literatura
- povinná literatura
- Atomová a jaderná fyzika. Elektronická sbírka příkladů. SU Opava, 2005. info
- LILLEY J. S. Nuclear Physics. Principles and Applications. John Wiley Chichester, 2005. ISBN 0-471-97936-8. info
- HALLIDAY D., RESNICK R., WALKER J. Fyzika. Část 4 a 5. VUTIUM Brno, 2000. ISBN 80-214-1868-0. info
- doporučená literatura
- TURNER J. E. Atoms, Radiation, and Radiation Protection. John Wiley New York, 2007. ISBN 978-3-527-40606-7. info
- WILSON E. J. N. An Introduction to Particle Accelerators. Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850829-8. info
- ÚLEHLA I., SUK M., TRKA Z. Atomy, jádra, částice. Academia Praha, 1990. ISBN 80-200-0135-2. info
- Výukové metody
- Přednáška s aktivizací
Přednáška s diskusí
Demonstrace - Metody hodnocení
- Analýza výkonů studenta
Zápočet
Kombinovaná zkouška - Informace učitele
- Podmínkou pro udělení zápočtu je i úspěšné hodnocení nejméně tří písemných testů během semestru. Předpokládá se průběžná domácí příprava studentů, a proto mají studenti k dispozici elektronickou sbírku příkladů strukturovanou podle přednášek, která slouží k výpočtům i ve cvičeních.
Zkouška je písemná a ústní.
Se všemi hodnotícími kritérii jsou studenti detailně seznámeni při zahájení výuky při přednášce a ve cvičení, a to včetně příkladů zadání písemných testů a jejich řešení. - Další komentáře
- Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
- Statistika zápisu (léto 2014, nejnovější)
- Permalink: https://is.slu.cz/predmet/fpf/leto2014/UF01200