FYBSC0010 Atomová a jaderná fyzika

Fyzikální ústav v Opavě
léto 2022
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.
Fyzikální ústav v Opavě
Rozvrh
Po 13:05–14:40 B4, Út 15:35–17:10 B1
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
FYBSC0010/01: Po 14:45–16:20 B4, J. Juráň
Předpoklady
(FAKULTA(FU) && TYP_STUDIA(B)) || (FAKULTA(MU) && TYP_STUDIA(B))
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.
  • 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 vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2021, léto 2023, léto 2024.