Předmět Atomová a jaderná fyzika (UF / 01200)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu UF / 01200 - Atomová a jaderná fyzika, Filozoficko-přírodovědecká fakulta, Slezská univerzita v Opavě (SU).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Obsah

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 záření, interakce pozitronů s látkou. Interakce fotonů s látkou, účinné průřezy jednotlivých efektů, zeslabovací zákon.Urychlovače částic. Principy urychlování. Kruhové urychlovače, betatron a betatronová podmínka, cyklotron a mikrotron. Lineární urychlovače: Van der Graafův a vysokofrekvenční. Zařízení se vstřícnými svazky (collider).

Získané způsobilosti

Studenti si osvojí základní fyzikální zákony platné pro mikrosvět, které budou v navazujících předmětech dále rozvíjeny.

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, 2000. ISBN 80-214-1868-0.LILLEY J. S. Nuclear Physics. Principles and Applications. John Wiley Chichester, 2005. ISBN 0-471-97936-8.WILSON E. J. N. An Introduction to Particle Accelerators. Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850829-8.TURNER J. E. Atoms, Radiation, and Radiation Protection. John Wiley New York, 2007. ISBN 978-3-527-40606-7.ÚLEHLA I., SUK M., TRKA Z. Atomy, jádra, částice. Academia Praha, 1990. ISBN 80-200-0135-2.

Požadavky

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.

Garant

Doc. Ing. Petr HABRMAN, CSc.

Vyučující

Doc. Ing. Petr HABRMAN, CSc.Doc. Ing. Petr HABRMAN, CSc.