FYBSC0010 Atomová a jaderná fyzika

Fyzikální ústav v Opavě
léto 2021
Rozsah
4/2/0. 7 kr. Ukončení: zk.
Garance
RNDr. Josef Juráň, Ph.D.
Fyzikální ústav v Opavě
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.
Mateřské obory/plány
předmět má 10 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Cílem předmětu je osvojit si základní představy o struktuře atomu, stavbě atomového obalu a jádra. Do výkladu jsou zařazeny poznatky experimentální fyziky. Studenti se seznámí s řadou aplikací atomové a jaderné fyziky.
Osnova
  • Historie vývoje představ o atomu. Od atomů k nanotechnologiím. Rozměry a jednotky v atomové a jaderné fyzice.
  • Elektron a jeho vlastnosti. Náboj v elektrickém a magnetickém poli.
  • Černé těleso, Planckův vyzařovací zákon. Vyzařování černého tělesa v praxi.
  • Dualismus. Dvojštěrbinový experiment, fotoefekt, Comptonův jev. De Broglieova hypotéza.
  • Atomová struktura. Rutherfordův experiment a planetární model atomu.
  • Atomy a jádra. Spektrální série atomu vodíku a jejich sjednocení. Bohrův model atomu vodíku. Elektronové energetické hladiny. Spektra atomů alkalických kovů. Sommerfeldova teorie a prostorové kvantování.
  • Základní myšlenky kvantové mechaniky. Vlnová funkce, proces měření. Heisenbergovy relace neurčitosti. Hlavní rozdíly mezi klasickou a kvantovou fyzikou.
  • Atomy s mnoha elektrony. Pauliho vylučovací princip. Slupkový model elektronového obalu. Zářivé přechody v elektronovém obalu.
  • Vybrané experimenty atomové fyziky. Normální Zeemanův jev, anomální Zeemanův jev, Paschenův a Backův jev, Sternův a Gerlachův experiment, Franckův a Hertzův experiment.
  • Rentgenové záření a jeho aplikace, počítačová tomografie.
  • Lasery a jejich aplikace. Spontánní a stimulovaná emise, absorpce.
  • Atomová jádra. Vlastnosti a základní charakteristiky jader. Jaderná síla, vazbová energie. Jaderná magnetická rezonance a její aplikace.
  • Stabilita a modely jader. Jaderné přeměny.
  • Radioaktivita. Rozpadový zákon, radioaktivní řady, druhy rozpadů. Jaderné reakce, typy a mechanismy průběhu. Důsledky zákonů zachování. Účinný průřez a jeho stanovení.
  • Jaderné reakce s energetickým využitím. Mechanismus štěpné reakce, jaderný reaktor. Termojaderná syntéza.
  • Interakce ionizujícího záření s látkou. Braggova křivka, Čerenkovovo záření.
  • Detektory částic. Dráhové detektory, kalorimetry, spektrometry.
  • Urychlovače částic. Principy urychlování, typy urychlovačů a jejich využití.
  • Kosmické záření. Původ a detekce. Současné experimenty.
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.
  • 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
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2022, léto 2023, léto 2024, léto 2025.