FU:APDMAT41 Atomová a jaderná fyzika - Informace o předmětu
APDMAT41 Atomová a jaderná fyzika
Fyzikální ústav v Opavěléto 2022
- Rozsah
- 4/2/0. 7 kr. Ukončení: zk.
- Vyučující
- doc. Ing. Petr Habrman, CSc. (přednášející)
- Garance
- doc. Ing. Petr Habrman, CSc.
Fyzikální ústav v Opavě - Předpoklady
- (FAKULTA(FU) && TYP_STUDIA(B))
APUNAT12 && APUNAT22 && APUNA023 - Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.
- Mateřské obory/plány
- Fyzikální diagnostické metody (program FU, APFYZB)
- Cíle předmětu
- Předmět je čtvrtou částí základního kurzu fyziky. Vysvětlení fyzikálních vlastností atomového obalu a jádra je založeno zejména na poznatcích experimentální fyziky a kvantové mechaniky.
- Výstupy z učení
- Po absolvování tohoto předmětu by studenti měli být schopni:
- vysvětlit význam atomových kvantových čísel a periodické tabulky, původ rentgenového záření a tvorbu atomových spekter,
- prokázat kvantitativní znalosti o vlastnostech atomových jader na základě kapkového a slupkového modelu,
- prokázat znalost radioaktivního rozpadu, jaderných reakcí a interakce záření s látkou,
- popsat rozpad alfa, rozpad beta, jaderné štěpení a fúzi a vypočítat uvolněnou energii v jaderných reakcích. - Osnova
- Od atomů k nanotechnologiím. Přehled výsledků moderních analytických a zobrazovacích metod. Náboj v elektrickém a
magnetickém poli. Vlastnosti elektronu. Princip hmotnostního spektrometru.
Černé těleso. Stefan Boltzmannův zákon. Wienovy zákony. Planckův zákon a kvantování energie.
Dualismus. Fotoefekt, Comptonův jev. De Broglieova hypotéza. Heisenbergovy relace neurčitosti.
Struktura atomu. Rutherfordův experiment a planetární model atomu. Rutherfordova formule.
Atom vodíku. Spektrální série atomu vodíku. Bohrův model atomu vodíku. Spektra atomů alkalických kovů.
Úvod do kvantové mechaniky. Vlnová funkce v kvantové mechanice. Schrödingerova rovnice. Kvantování energie. Potenciálová bariéra a tunelový jev. Kvantová čísla. Vektorový model atomu.
Vybrané experimenty atomové fyziky. Atomy v magnetickém poli. Kvantování energie a spin elektronu.
Atomy s mnoha elektrony. Pauliho vylučovací princip. Slupkový model. Periodicita kvantových stavů elektronů.
Rentgenové záření. Charakteristické a brzdné záření. Moseleyův zákon. Augerův jev. Aplikace rentgenového záření.
Atomové jádro. Jaderný poloměr. Momenty jader. Hmotnostní úbytek a vazbová energie. Jaderná síla.
Modely jader. Kapkový model, Weizsäckerova formule. Statistický model, fermionový plyn. Energetické hladiny a slupkový model.
Jaderné přeměny. Typy a mechanismy průběhu jaderných reakcí. Důsledky zákonů zachování. Účinný průřez jaderné reakce. Jaderné reakce vyvolané nabitými a nenabitými částicemi. Účinné průřezy vybraných jaderných reakcí s neutrony.
Štěpení a fúze jader. Mechanismus štěpné jaderné reakce, energetická bilance štěpení, štěpná řetězová reakce s a bez moderátoru, energetický reaktor. Termojaderná syntéza a energetická bilance, Lawsonovy podmínky a perspektivy realizace.
Radioaktivita. Rozpadový zákon, radioaktivní řady, rozpadová schémata. Rozpad alfa, Geiger Nutallovo pravidlo. Rozpad beta, energetické spektrum, neutrino. Přeměna gama.
Interakce ionizujícího záření s látkou. Průchod těžkých nabitých částic a elektronů látkou, porovnání ionizačních a radiačních ztrát. Interakce fotonů s látkou, zeslabovací zákon.
Urychlovače částic. Principy urychlování. Kruhové urychlovače. Lineární urychlovače. Collider.
- Od atomů k nanotechnologiím. Přehled výsledků moderních analytických a zobrazovacích metod. Náboj v elektrickém a
magnetickém poli. Vlastnosti elektronu. Princip hmotnostního spektrometru.
- Literatura
- povinná literatura
- HABRMAN P. Atomová a jaderná fyzika. Elektronická sbírka příkladů. SU Opava, 2005.
- HALLIDAY D., RESNICK R., WALKER J. Fyzika. Část 4 a 5. VUTIUM Brno, 2013. ISBN 978-80-214-4123-1.
- LILLEY J. S. Nuclear Physics. Principles and Applications. Wiley, Chichester, 2005. ISBN 0-471-97936-8.
- doporučená literatura
- TURNER J. E. Atoms, Radiation, and Radiation Protection. Wiley, New York, 2007. ISBN 978-3-527-40606-7.
- LEROY C. Principles of Radiation Interaction in Matter and Detection. 4th ed., World Scientific, 2016, ISBN 978-981-4603-18-8.
- WILSON E. J. N. An Introduction to Particle Accelerators. Oxford University, 2001. ISBN 0-19-850829-8.
- Výukové metody
- Přednáška s diskusí
Demonstrace - Metody hodnocení
- Zápočet
- účast na seminářích je povinná,
- dva písemné testy během semestru a vyřešené zápočtové úkoly (úspěšnost 70%).
Zkouška
- písemný test a ústní zkouška. - Další komentáře
- Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
- Statistika zápisu (léto 2022, nejnovější)
- Permalink: https://is.slu.cz/predmet/fu/leto2022/APDMAT41