Для студентов каких направлений, семестров и программ дисциплина рекомендована:03.03.02 «Физика», 14.03.02 «Ядерные физика и технологии»
Пререквизиты:Общая физика
Трудоемкость: 5 з.е.
Контактные часы: 120
Часы на самостоятельную работу: 24
Всего: 180
Краткое описание дисциплины:Учебный курс содержит вопросы, связанные с прохождением заряженных частиц и гамма квантов через вещество; свойства ядерного взаимодействия, модели ядер и их основные характеристики. Приводится систематика и классификация элементарных частиц в рамках стандартной модели. Изучаются закономерности ядерных реакций и их особенности под действием заряженных частиц гамма квантов и нейтронов. Изучаются радиоактивные превращения ядер, цепные ядерные реакции и основы ядерной энергетики.
Планируемые результаты обучения:- Должен знать терминологию ядерной физики и физики элементарных частиц, порядки физических величин, использующихся в ядерной физике, экспериментальные методы ядерной физики и физики элементарных частиц, энергетическую шкалу масс, энергию связи и дефект массы ядра, природу ядерных сил и современные модели ядра, слабые взаимодействия, ядерные реакции, законы сохранения
- Должен уметь использовать основные соотношения ядерной физики (расчет энергетического выхода реакций, закономерности радиоактивного распада), использовать модели ядер
- Должен владеть современными знаниями о строении и свойствах атомных ядер и классификации элементарных частиц.
Краткое содержание дисциплины:Тема 1. Закономерности квантовой механики.
Закономерности квантовой механики. Закономерности теории относительности при релятивистских энергиях. Основные математические формулы для описания процессов в ядерной физике с учетом представлений квантовой механики и теории относительности.
Тема 2. Единицы измерения в микро мире.
Единицы измерения в микро мире. Масштабы величин в ядерной физике: энергия, расстояние, время. Примеры ядерно-физических процессов разного масштаба.
Тема 3. Классификация элементарных частиц по группам
Классификация элементарных частиц по группам: гамма квант, лептоны, мезоны, барионы. Четыре типа взаимодействий в природе: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Описание с помощью частиц-переносчиков взаимодействий.
Тема 4. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц и гамма квантов с веществом.
Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц и гамма квантов с веществом. Понятие сечения взаимодействия частиц. Формула Резерфорда. Ионизационные потери энергии заряженных частиц. Удельные ионизационные потери. Эффект плотности. Зависимость удельных ионизационных потерь от параметров частицы и характеристик среды.
Тема 5. Пробег частиц, обусловленный ионизационными потерями.
Пробег частиц, обусловленный ионизационными потерями. Страгглинг при пробеге. Кривые и пик Брэгга. Дельта электроны. Примеры наблюдения и использования ионизационных эффектов в различных областях физики.
Тема 6. Многократное рассеяние заряженных частиц.
Многократное рассеяние заряженных частиц. Сопоставление потерь энергии при столкновении частиц с электронами и ядрами вещества. Вычисление угла многократного рассеяния при прохождении толстых фильтров.
Тема 7. Черенковское излучение и его характеристики.
Черенковское излучение и его характеристики. Спектр излучения. Применение для регистрации частиц: дифференциальные и пороговые счетчики. Обзор всех выше рассмотренных эффектов с заряженными частицами; их роль и вклад при прохождении различных частиц через слой вещества.
Тема 8. Радиационное торможение.
Радиационное торможение. Зависимость сечения тормозного излучения от энергии, массы, заряда частицы и параметров среды. Потери энергии на тормозное излучение. Критическая энергия и радиационная единица длины. Зависимость Екр и Храд от характеристик частицы и среды.
Тема 9. Взаимодействие э/м излучения с веществом. Модели ядер.
Взаимодействие гамма квантов с веществом.
Взаимодействие гамма квантов с веществом. Фотоэффект. Зависимость сечений фотоэффекта от энергии и характеристик вещества. Пространственное распределение фотоэлектронов.
Тема 10. Комптон-эффект.
Комптон-эффект. Характеристики рассеянных фотонов. Зависимость сечения комптон-эффекта от энергии гамма квантов и параметров среды. Сопоставление с процессом на протонах и ядрах.
Тема 11. Рождение электрон-позитронных пар частиц.
Рождение электрон-позитронных пар частиц. Порог рождения пар частиц разной массы. Поведение сечения рождения пар в области разных энергий. Зависимость сечения от параметров среды. Линейный коэффициент поглощения гамма квантов. Каскадные ливни. Аннигиляция позитронов.
Тема 12. Принципы построения графов Фейнмана
Принципы построения графов Фейнмана: роль и учет пропагатора, правила использования «треххвосток», учет вершинных констант, построение амплитуды процесса, переход к сечению. Графы для электромагнитных процессов. Качественная зависимость сечений от параметров налетающих частиц (Z1, m1) и характеристик среды (A2, Z2, ρ2). Сопоставление вероятности при взаимодействии частиц разных зарядов, масс, а также для гамма квантов.
Тема 13. Атомные ядра: стабильные и радиоактивные.
Атомные ядра: стабильные и радиоактивные. Нуклонный состав. Основные статические характеристики атомных ядер: масса, энергетический спектр, заряд, спин, четность состояния, магнитный момент, квадрупольный момент. Устойчивость ядер. Ядерные силы.
Тема 14. Измерение масс ядер с помощью масс-спектрометра.
Измерение масс ядер с помощью масс-спектрометра. Массовое число. Изотопы. Энергия связи ядра. Удельная энергия связи. Запас внутренней энергии ядра.
Тема 15. Модели атомных ядер.
Модели атомных ядер. Капельная модель ядра. Вычисления энергии связи ядер и различных изотопов. Область применения модели. Оболочечная модель ядра. Вычисление спина и четности для основного энергетического состояния ядер. Понятие об обобщенной модели ядер. Области применения моделей.
Текущий контроль и промежуточная аттестация, правила оценивания:Экзамен
Преподаватель:—
Семестр:6 или 8
Расписание:—