Рабочая программа дисциплины (стр. 2 )

Семинар 2 (2 час). Свойства атомных ядер.

1.  Константа конверсии. Радиус ядра и распределение нуклонной плотности. Плотность ядерного вещества. Энергия связи ядер. Удельная энергия связи.

Решение задач:

(Л1) – 2.22-2.27; 2.33-2.45; 2.49-2.54;

(Л2) – 1.1-1.3;1.5-1.6;

(Л3,1976г)- 10.1;10.4; 10.5;10.7;10.8410.11-10.12;

Семинарчас). Свойства атомных ядер.

2. Формула Вейцзеккера. Зеркальные ядра. Рассеяние частиц на ядре. Дифракционный характер рассеяния. Изотопы.

Решение задач:

(Л1) – 2.55-2.61; 2.68-2.72; 2.1-2.6-2.13-2.21;

(Л2) – 1.7-1.9;

(Л3,1997г) – 10.13-10.14; 10.15-10.16

Семинар 4. (2час). Свойства атомных ядер.

3. Спин и четность ядра. Статистика. Магнитный дипольный момент. Сверхтонкая структура. Ядро во внешнем поле. Дипольный и квадрупольный электрический момент. Зарядовая независимость ядерных сил. Потенциал нуклонного взаимодействия.

Решение задач:

(Л1) – 2.73-2.77; 2.80-2.81; 2.83-2.84; 2.85-2.89-2.92; 2.100-2.102; 2.106-2.109; 2.113-2.117.

(Л2) – 1.10; 1.13-1.14-1.15; 1.16; 1.20

Семинар 5час). Модели атомных ядер.

Модель ферми-газа. Модель ядерных оболочек. Потенциал трехмерного гармонического осциллятора и Вудса – Саксона. Учет спин орбитального взаимодействия. Спины и четность ядерных состояний. Расчет магнитного момента в рамках оболочечной модели. Учет деформации ядер. Вращательное и колебательное движения ядер. Возбужденные состояния ядер.

Решение задач:

(Л1) – 3.1, 3.2, 3.7; 3.9-3.11, 3.24,3.26,3.27-3.30; 3.40-3.44; 3.47; 3.513.57;

(Л2) – 1.20; 1.;

(Л3,1976г) – 10.30,10.31, 10.32, 10.33, 10.36,

Семинар 7час). Радиоактивность.

Законы радиоактивного распада. Единицы измерения активности. Последовательные превращения ядер и вековое равновесие. Методы определения возраста в археологии. Законы сохранения. Закономерности a-, b - распадов и g - переходов. Кулоновский и центробежные барьеры. Факторы, определяющие вероятности распадов. Период полураспада. Среднее время жизни. Эффект Мессбауэра.

Решение задач:

(Л1) – 4.1-4.10; 4.18-4.20; 4.23, 4.26; 4.36, 4.38,4.49, 4.79, 4.80-4.85;4.93; 4.106, 4..108; 4.113-4.115, 4.125, 4.136, 4.142

(Л2) – 2, 2.3, 2.4;2, 2.13, 2.16, 2.20, 2.21, 2.22, 2.23, 2.24, 2.33, 2.34, 2., 2.41,

(Л3,1976г) – 11.1-11.3, 11.6, 11.8, 11.9, 11.11, 11.12, 11.25, 11.30, 11.31, 11.37, 11.,-11.61,

Семинар 9-час). Ядерные реакции.

Законы сохранения. Энергия реакции. Порог реакции. Лабораторная система и система центра инерции. Кинематика ядерных реакций.

Сечение (полное, интегральное, дифференциальное, дважды дифференциальное) ядерной реакции. Составное ядро. Прямые ядерные реакции. Деление и синтез ядер.

Решение задач:

(Л1) – 5.1, , 5.13-5.26, 5.28 – 5.38, 5.62,5.66,5.68-5.71, 5.73, 5.77,

5.79, 5.81, 5.86, 5.87, 5.98, 5.100-5.1, 5.110-5.111,

(Л2) – 4.1-4.8; 4.14, 4.21, 4.22-4.25.

(Л3,1976г) – 13.(6,10, 11, 13, 20, 22, 41, 43, 44.

(2001г) - 6.(275, 278, 279, 280, 282, 285, 291, 292, 293.)

Семинар 11-час). Взаимодействие частиц и излучений с веществом.

Удельные ионизационные потери для тяжелых и легких частиц. Эффективный пробег для электронов. Удельные радиационные потери. Взаимодействие g - квантов. Фотоэффект, Комптон – эффект, образование электрон-позитронных пар, сечения процессов. Излучение Вавилова-Черенкова. Дозиметрия и защита от излучений. Экспозиционная, поглощенная и эквивалентная дозы.

Решение задач:

(Л1) – 8.1 , 8.3, 8.6, 8.9-8.10, 8.13, 8.16, 8.18, 8.21, 8.23-8.27, 8.31, 8.32, 8.38, 8.41, 8.44-8.46, 8.49, 8.52, 8.53, 8.62 –8.66, 8.68, 8.69, 8.80

(Л2) – 3.1-3.13; 3.16-3.17.

(Л3,1976г) – 12.79, 12.71, 12.36, 12.37, 12.32, 12.31, 12.33, 12.34, 12.18, 12.19,

Семинар 13-час). Свойства частиц и взаимодействий.

Законы сохранения. Типы и константы взаимодействий. Сильные, слабые взаимодействия и характеристики частиц. Кварковая структура адронов. Цвет. Переносчики взаимодействий. Диаграммы Фейнмана. Античастицы. Гиперзаряд. Операции симметрии, СРТ – теорема.

Решение задач:

(Л1) – 6.(21, 23, 27-31, 75, 109, 115, 120, 123, 125, 130, 135, 137, 143, 161, 164, 165, 171, 176, 192, 181, 206, 208, 212, 215, 216, 213, 232, 243, 265, 266, 282, 284, 302, 310.

(Л2) – 5.1-5.12, 5.14, 5.16-5.19, 5.25, 5.31, 5.34

(Л3,1976г) – 16(12, 114, 21, 22, 28, 37, 38, 40, 42, 43, 45, 48)

Семинар час). Нуклеосинтез, космические лучи.

Решение задач:

(Л1) – 7.(1, 7, 11 ,12, 13, 19, 22, 32, 33, 34, 36.)

Семинар час). Эксперимент и статистика.

Решение задач:

(Л1) – 10.(1, 2, 5-9, 12, 13, 20, 25, 30, 31, 32, 46, 47, 58, 66, 68)

7. Учебно-методические материалы по дисциплине.

Список основной учебной литературы

Сведения об учебниках	Количество экземпляров в библиотеке на момент утверждения программы	Электронный вариант в библиотеке факультета
Наименование, гриф	Автор	Год издания
Введение в физику ядра и частиц. М. Едиториал УРСС,		2002.	50
Экспериментальная ядерная физика. Том 1; Том 2; Т 3 Изд. «Лань»		2008.	10	на сервере факультета
Ядерная физика. «Наука» , М.	, .	1980.	15	на сервере факультета
Общий курс физики. Том 5, часть 2. М.- Наука.		1989	25	на сервере факультета
Лептоны и кварки. М.-. «Наука».		1981	3
Субатомная физика: ядра и частицы. Том 1,2. М. – Мир.		1986	3
** Введение в физику ядра, адронов и элементарных частиц. М. – Мир.	Бопп Ф	1999.	1
Нуклеосинтез во Вселенной. Изд-во Московского университета.	, ,	1999.	3
Субатомная физика. Вопросы. Задачи. Факты. Изд-во Московского университета.		1994.		1 На кафедре

Методические разработки:

1. , , Козяк физика. Часть1. УМП., КемГУ, 2004 г. 110 стр.; копия на сервере факультета.

2. , Козяк ядра и частиц. Конспекты семинарских занятий. Часть 1. КемГУ, 2007 г. 52 стр. ; копия на сервере факультета.

3. , Козяк ядра и частиц. Конспекты семинарских занятий. Часть 2., КемГУ, 2007 г. 56 стр.; копия на сервере факультета.

4. , Козяк ядра и частиц. Конспекты семинарских занятий. Часть 3 . КемГУ, 2009 г. 70 стр.; копия на сервере факультета.

Сервер ФФ, 2009 г. 52 стр.

5. , Козяк ядра и частиц. Конспекты семинарских занятий. Часть 4 . КемГУ, 2009 г. 60 стр.; копия на сервере факультета.

6. Колесников конспект лекций «Физика ядра и частиц» , 660 слайдов. 2009 г. Размещен на сервере физического факультета.

8. Оценочные и диагностические средства итоговой государственной

аттестации и учебно-методическое обеспечение их проведения.

Формы текущего, промежуточного и рубежного контроля

8.1.Тесты.

1.  , Руссаков по курсу «Физика ядра и элементарных частиц.» Блок 1. Для промежуточного контроля. Сервер физического факультета КемГУ, 2009 г.

2. , Руссаков по курсу «Физика ядра и элементарных частиц.» Блок 2. Для промежуточного контроля. Сервер физического факультета КемГУ, 2009 г.

3. , Руссаков к экзамену по курсу «Физика ядра и элементарных частиц.» Для рубежного контроля. Сервер физического факультета КемГУ, 2009 г.

8.2. Основные вопросы по курсу «Физика ядра и частиц».

1. Введение.

2.  Масштаб явлений в физике ядра Опыт Резерфорда. Основные характеристики ядер.

3.  Рассеяние электронов на ядрах. Изотопы, изобары, изотоны. Размеры ядер.

4.  Масса ядра. Дефект массы. Энергия связи ядра. Удельная энергия связи нуклонов в ядре.

5.  N – Z диаграммы атомных ядер. Дорожка b-стабильности. Энергетическая поверхность. Нуклоностабильные ядра. Энергетические диаграммы в модели независимых частиц.

6.  Капельная модель ядра. Формула Вайцзеккера.

7.  Методы измерения массы ядер (масс-спектрометрия, энергетический анализ ядерных реакций, a - распад, b-распад, радиоспектроскопия).

8.  Определение массы нейтрона.

9.  Квадрупольный электрический момент и форма ядер.

10.  Магнитный дипольный момент ядра.

11.  Законы радиоактивного распада. Вековое уравнение.

12.  a - распад. Энергетический анализ, законы сохранения..

13.  Кулоновский и центробежный барьеры. Закон Гейгера-Неттола.

14.  b - распад. Энергетический анализ, законы сохранения.

Зависимость от A, Z.

15.  Несохранение четности. К-захват. Гипотеза нейтрино.

16.  Экспериментальное обнаружение электронного антинейтрино..

17.  g - излучение ядер. Электрические и магнитные переходы.

18.  Датировка событий методами радиоактивного распада.

19.  Эффект Мессбауэра. Энергия отдачи. Доплеровское уширение, ширина со

стояния.

20.  Дейтрон. Свойства нуклон-нуклонного взаимодействия.

21.  Мезонная теория ядерных сил.

22.  Ядерные модели. Модель Ферми-газа. Оболочечная модель ядра.

23.  Однонуклонная модель Шмидта для нахождения спина и магнитного

момента ядра.

24.  Спин ядра. Определение спина ядра и магнитного момента.

25.  Определение магнитного момента нейтрона.

26.  Схема заполнения ядерных оболочек. Зависимость от формы потенциаль

ной ямы.

27.  Четность. Изотопический спин.

28.  Законы сохранения в ядерных реакциях. Общие свойства. Выход реакции.

Пороговая энергия.

29.  Сечение ядерной реакции.

30.  Механизмы ядерных реакций. Модель составного ядра. Формула Брейта-Вигнера для резонансных реакций. Нерезонансные реакции. Оптическая модель ядерных реакций. Прямые реакции. Фотоядерные реакции.

31.  Синтез и деление ядер. Ядерные реакции с участием нейтронов. Характеристики (рассеяние упругое и неупругое, радиационный захват, деление ядер). Деление тяжелых ядер. Устойчивость и деление быстрыми и медленными нейтронами. Использование ядерных реакций в науке и технике. Замедление и диффузия нейтронов. Коэффициент размножения. Ядерная энергетика.

32.  Прохождение частиц через вещество. Ионизационные потери. Формула Бора: тяжелые частицы, легкие частицы.

33.  Прохождение g - квантов через вещество: фотоэффект, эффект Комптона, рождение e­­­- - е+ пар. Эффект Вавилова-Черенкова.

34.  Дозиметрия. Единицы измерения.

35.  Систематика частиц. Адроны, лептоны, калибровочные бозоны.

36.  Законы сохранения в мире частиц.

37.  Частицы и античастицы. Резонансы.

38.  Структура нуклона.

39.  Изоспин частиц и ядер. Изоспиновые мультиплеты.

40.  Странность. Рождение и распад странных частиц.

41.  Сильные взаимодействия. Кварки. Глюоны. Цвет. Кварковая структура адронов. Возбужденные состояния нуклонов.

42.  Слабые взаимодействия. Промежуточные бозоны.

43.  Несохранение четности в слабых взаимодействиях.

44.  Слабые распады лептонов и кварков.

45.  Диаграммы Фейнмана.

46.  Опыт Райнеса – Коуэна. Мюонное и таонное нейтрино.

47.  Гипотеза W – бозонов. Калибровочные бозоны. Модель универсального слабого взаимодействия. Константы взаимодействия.

48.  Стандартная модель электрослабого взаимодействия Вайнберга – Салама – Глэшоу. Левоспиральные дублеты.

49.  Нейтрино и антинейтрино. Спиральность.

50.  Пространственная инверсия. Р – четность.

51.  Зарядовое сопряжение. СР – инверсия.

52.  Обращение времени. СРТ теорема.

53.  Объединение взаимодействий. Нестабильность протона.

54.  Нуклеосинтез во Вселенной. Ядерные реакции в звездах.

55.  Космические лучи. Их состав и происхождение.

56.  Основные идеи теории Великого объединения.

57.  Вселенная, свидетельства большого взрыва.

58.  Первые мгновения Вселенной. Дозвездный синтез ядер.

59.  Барионная асимметрия, отсутствие антивещества. Инфляция.

8.3. Контрольные задания по физике ядра и частиц для

самостоятельной работы.

1. Протон с кинетической энергией Т = 2 МэВ налетает на не подвижное ядро Au. Определить дифференциальное сечение рассеяния на угол Q = 600. Как изменится величина дифференциального сечения рассеяния, если в качестве рассеивающего ядра выбрать Al?

2. Золотая пластинка толщиной l = 0,1 мм облучается пучком a-частиц с плотностью потока j = 103 частиц/см2×с. Кинетическая энергия a-частиц Т = 5 МэВ. Сколько a-частиц на единицу телесного угла падает в секунду на детектор, расположенный под углом Q = 1700 к оси пучка? Площадь пятна пучка на мишени S = 1 см2.

3. При упругом рассеянии электронов с энергией Т = 750 МэВ на ядрах Са в сечении наблюдается дифракционный минимум под углом Qmin = 180. Оценить радиус ядра Са.

4. Оценить плотность ядерной материи.

5. Массы нейтрона и протона в энергетических единицах равны соответственно mn = 939,6 МэВ и mp = 938,3 МэВ. Определить массу ядра Н в энергетических единицах, если энергия связи дейтрона Есв (Н) = 2,2 МэВ.

6. Массы нейтральных атомов в а. е.м.: О – 15,9949, О – 15,0030, N – 15,0001. Чему равны энергии отделения нейтрона и протона в ядре О?

7. Считая, что разность энергий связи зеркальных ядер определяется только различием энергий кулоновского отталкивания в этих ядрах, вычислить радиусы зееркальных ядер Na и Mg.

8. Известно, что внутренний электрический квадрупольный момент Q0 ядра Lu равен +5,9 Фм2. Какую форму имееет это ядро? Чему равен параметр деформации этого ядра?

9. Определить значения изоспинов I основных состояний ядер изотопов углерода - С, С, С, С, С.

10. На основании одночастичной модели оболочек определить значения спинов и четностей Jр основных состояний изотопов кислорода О, О, О, О.

11. Активность препарата Р равна 2 мкКи. Сколько весит такой препарат? Период полураспада Т1/2 для Р равен 14,5 суток.

12. Во сколько раз число распадов ядер радиоактивного йода I в течение первых суток больше числа распадов в течение вторых суток? Период полураспада изотопа I равен 193 часам.

13. Определить энергию W, выделяемую 1 мг препарата Ро за время, равное среднему времени жизни, если при одном акте распада выделяется энергия e = 5,4 МэВ.

14. Определить орбитальный момент l, уносимый a-частицей в следующих распадах:

5/2- 1/2+

Po Ra

5/2- 5/2+

Pb Rn

а) б)

5/2+ 5/2+

U Np

5/2+ 3/2-

Th Pa

в) г)

15. Используя значения масс атомов, определить верхнюю границу спектра позитронов, испускаемых при b-распаде ядра Si. Масса атома Si равна 25137,961 МэВ, а Al – 25133,150 МэВ.

16. Определить энергию отдачи ядра Li, образующегося при е-захвате в ядре Be. Есв(Be) = 37,6 МэВ, Есв(Li) = 39,3 МэВ.

17. Энергии связи ядер Cd, In и Sn равны соответственно 972,63 МэВ, 970,42 МэВ и 971,61 МэВ. Определить возможные виды b-распада ядра In.

18. Определить типы и мультипольности g-переходов:

1)  1- 0+, 2) 1+ 0+, 0+, 4) 2+ 3-, 5) 2+ 3+, 6) 2+ 2+.

19.  Определить пороговое значение энергии g-кванта в реакции фоторождения p0-мезона на протоне - g + p p + p0. Масса p0-мезона mp = 134,98 МэВ.

 

20.  Рассчитать энергии и пороги реакций S(g, р)Р и Не(a, р)Li. Массы – протона mp=1,00728 а. е.м., ядер М(Не) = 4,00151 а. е.м., М(Li) = 7,01436 а. е.м., М(Р) = 30,96553 а. е.м., М(S) = 31,96329 а. е.м.

21.  Исходя из схемы протекания реакций р + F Ne0(1+) O(3-) + a, определить орбитальный момент захваченного протона.

22.  Исходя из модели оболочек оценить отношение сечений реакцийO(p, d)О с образованием конечного ядра в основном состоянии и в состоянии (Jр = 3/2-). Предполагается прямой механизм реакций.

23.  Найти ширины Г возбужденных состояний ядра Fe, если их средние времена жизни составляют: t(5/2-)=0,8×10-8 c, t(3/2-)=10-7 c. Возможно ли резонансное поглощение g-квантов, излучаемых при переходах из этих состояний, покоящимся ядром Fe?

24.  Определить величину суммарной кинетической энергии p-мезонов Тåp, образующихся при распаде покоящегося К+-мезона: К+ p+ + p+ + p-. Массы покоя частиц в энергетических единицах: mK=493,646 МэВ, mp =139,658 МэВ.

25.  Определить частицы X, образующиеся в реакциях сильного взаимодейст-вия: 1) p- + р К- + р + Х, 2) К - + р W - + К0 + Х, 3) р + р X - + p+ + Х.

26.  Могут ли реакции p+ + р X- + К+ + К - и p+ + р ++ + p0 происходить в результате сильного взаимодействия.

27.  Какие из приведенных ниже реакций под действием антинейтрино возможны, какие запрещены и почему: 1) nm + р ® n + m+; 2)nе + n ®p + m-;3) nе + n ® p + m-.

28.  Построить из кварков следующие частицы: p, n, L, å0, X0, W-.

29.  Нарисовать кварковые диаграммы взаимодействий p-p, n-n, p-n.

30.  Показать, что без введения квантового числа ²цвет², принимающего три значения, кварковая структура ++, -, W - противоречит принципу Паули.