КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. АЛЬ-ФАРАБИ
физиКО-ТЕХНИческий факультет
кафедра ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ядерной физики
Согласовано Декан факультета ________________ "_______"___________2011 г. | УтвержденоНа заседании Научно-методического Совета университета Протокол №___ от _______ 2011 г. Проректор по учебной работе ___________________ "_______"________________2011 г. |
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
_____ Физика атома и атомного ядра ____________
(наименование дисциплины)
Специальность «5В071000 – Материаловедение и технология новых материалов» _______________________________
(шифр, название)
Форма обучения _____дневная_______________
(дневная, заочная)
г. Алматы 2011г.
УМК дисциплины составлен _, доцентом, к. ф.-м. н., доцентом__________________________________________________________
(Ф. И.О., должность, ученая степень и звание составителя(ей))
На основании __ Типового учебного плана направлений подготовки специальности «5В071000 – Материаловедение и технология новых материалов»
(на основании каких документов)
__________________________________________________
Рассмотрен и рекомендован на заседании кафедры теоретической и ядерной физики
От «___» __________________ 2011 г., протокол №____
Зав. кафедрой
Рекомендовано методическим Советом (бюро) факультета
«__»_____________ 2011 г., протокол №__
Председатель
Предисловие
Краткое описание курса: Рассматриваются основные разделы современной ядерной физики. Ядерная физика как наука находится на границе знаний цивилизации об устройстве окружающего мира и закономерностях, управляемых как микромиром, так и макромиром.
Общие понятия ядерной физики. Основные этапы развития физики ядра и элементарных частиц. Масштабы явлений микромира. Общие свойства атомных ядер. Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Полуэмпирическая формула для энергии связи ядра. Магические числа. Энергия связи нуклона. Стабильные и радиоактивные ядра. Спин и магнитный момент ядра.
Модели атомных ядер. Капельная модель ядра Модель ядерных оболочек.
Основные экспериментальные данные о делении. Цепная реакция. Коэффициент размножения. Синтез легких ядер. Ядерные реакции в звездах. Проблемы управляемого термоядерного синтеза. Взаимодействие ядерного излучения с веществом. Элементарные частицы. Четыре типа фундаментальных взаимодействий. Классификация элементарных частиц. Кварки. Кварковая модель элементарных частиц. Глюоны. Основные представления квантовой хромодинамики.
Космические лучи. Первичное космическое излучение. Прохождение космического излучения через атмосферу. Вариации космических лучей.
Цель преподавания курса - ознакомить студентов с основными ядерно-физическими явлениями, происходящими в субатомном микромире, методами их теоретического осмысления и экспериментального наблюдения.
Задачи:
- изучение известных к настоящему времени законов, закономерностей, систематик, эффектов и явлений в области науки о микромире;
- освоение основных приемов вычислений ядерных констант, вывод основных формул, описывающих закономерности в микромире; методов решения задач; методик выполнения лабораторных работ, проведения физического практикума и проведения научных исследований.
Основные формы компетенции бакалавра:
При освоении курса «Физика атома и атомного ядра_» студентам необходимо знать:
- иметь представление об объективных законах протекания физических процессов в микромире; о современных проблемах и нерешенных вопросах в ядерной физике и физике элементарных частиц;
Бакалавр должен уметь:
- разобраться в общих закономерностях радиоактивности естественной среды; источниках радиационного излучения; способах и средствах их измерения и количественной оценки;
Должен овладеть:
- приобрести практические навыки решения задач по данному курсу, в частности, в расчетах безмодельных ядерных параметров, энергетических характеристик реагирующих ядер и элементарных частиц.
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АЛЬ-ФАРАБИ
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра теоретической и ядерной физики
СИЛЛАБУС
по дисциплине
"Физика атома и атомного ядра"
по направлению подготовки
"5В071000 – Материаловедение и технология новых материалов"
2 курс, р/о, семестр весенний, 3 кредита
Ф. И.О. преподавателя: , кандидат физ.-мат. наук, доцент.
Телефон:2925930 доб.2208
e-mail: *****@***com
Каб.: 315, кафедра теоретической и ядерной физики, физико-технический факультет, КазНУ им. аль-Фараби, Алматы.
Пререквизиты: для изучения курса “Физика атома и атомного ядра” необходимы знания из курса «Общая физика»: «Механика», «Молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», «Оптика», «Атомная физика»; «Математический анализ».
Постреквизиты: «Модели ядер», «Взаимодействие излучения с веществом», «Физика элементарных частиц».
Цели курса: ознакомить студентов с основными физическими явлениями, происходящими в субатомном микромире, методами их теоретического осмысления и экспериментального наблюдения, масштабом физических величин субатомной физики.
- Специальные задачи: изучение известных к настоящему времени законов, закономерностей, систематик, эффектов и явлений в области науки о микромире; освоение основных приемов вычислений ядерных констант, вывод основных формул, описывающих закономерности в микромире; методов решения задач; методик выполнения лабораторных работ, проведения физического практикума и проведения научных исследований.
Темы лекций и СРС:
Нед | Название темы | Час | Темы СРС |
Модуль № 1. Общие свойства атомных ядер и ядерные модели | |||
1 | Основные этапы развития физики ядра и элементарных частиц. Масштабы явлений микромира. Общие свойства атомных ядер. Опыт Резерфорда по рассеянию a-частиц. Ядро как система взаимодействующих протонов и нейтронов. Электрический заряд ядра. Массовое число. Изотопы, изобары. Масса ядра. Энергия связи ядра. Полуэмпирическая формула для энергии связи ядра. Магические числа. Энергия связи нуклона. Стабильные и радиоактивные ядра. | 1 | |
2 | Спин и магнитный момент ядра. Ядерный магнетон. Статические мультипольные моменты ядер. Электрический квадрупольный момент ядра. Квантовомеханическое описание ядерных состояний. Четность волновой функции. Свойство симметрии волновых функций для тождественных частиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. | 1 | Задача на тему «Энергия связи ядра» |
3 | Модели атомных ядер. Капельная модель ядра. Модель ядерных оболочек. Обобщенная модель ядра. | 1 | |
Модуль № 2. Радиоктивность | |||
4 | Основные причины неустойчивости атомных ядер. Естественная и искусственная радиоактивность. Статистический характер радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада. a-распад. Спектры a-частиц. Основные экспериментальные закономерности. Элементы теории a-распада. Туннельный эффект. Зависимость периода a-распада от энергии a-частиц. Определение размера ядер из данных a - распада. | 1 | Задача на тему «Формула Вейцзеккера» |
5 | Виды b-распада. Энергетические спектры электронов. Эксперименталь-ное доказательство существования нейтрино. Понятие о слабых взаимодействиях. Разрешенные и запрещенные b-переходы. Несохранение четности в b-распаде. Проблема массы нейтрино. | 1 | |
6 | g-излучение ядер. Электрические и магнитные переходы. Правила отбора по моменту и четности для g-переходов и вероятности переходов для различных мультиполей. Ядерная изомерия. Внутренняя конверсия g-квантов. Эффект Мессбауэра и его применение в физике и технике. | 1 | Задача на тему «Энергия отде-ления нуклона, a-частиц» |
Модуль № 3. Ядерные реакции. Деление и синтез атомных ядер | |||
7 | Сечения реакций, каналы ядерных реакций. Законы сохранения в ядерных реакциях. Механизмы ядерных реакций. Модель составного ядра. Резонансные ядерные реакции. Формула Брейта-Вигнера. Прямые ядерные реакции. Использование прямых ядерных реакций для определения квантовых характеристик ядерных состояний. Особенности реакций под действием g-квантов, электронов, нейтронов, легких ионов, многозарядных ионов. Трансурановые элементы. | 1 | |
8 | Основные экспериментальные данные о делении. Элементарная теория деления. Параметр делимости. Спонтанное деление. Деление изотопов урана под действием нейтронов. Цепная реакция. Коэффициент размножения. Ядерные реакторы. Ядерная энергетика. | 1 | |
9 | Синтез легких ядер. Ядерные реакции в звездах. Проблемы управляемого термоядерного синтеза. | 1 | Задача на тему «b-распад» |
Модуль № 4. Взаимодействие ядерного излучения с веществом | |||
10 | Взаимодействие заряженных частиц со средой. Потери энергии на ионизацию и возбуждение атомов. Излучение Вавилова - Черенкова. Упругое рассеяние. Пробеги заряженных частиц. | 1 | |
11 | Взаимодействие нейтронов с веществом. Замедление нейтронов. Тепловые и резонансные нейтроны. Диффузия тепловых нейтронов. Прохождение g-излучения через вещество. Зависимость эффективных сечений взаимодействия g-квантов от энергии g-излучения и от вещества. | 1 | Задача на тему «Спин, четность, магн. момент ядра» |
Модуль № 5. Элементарные частицы | |||
12 | Физика высоких энергий. Развитие понятия «элементарная частица». Общие свойства наблюдаемых элементарных частиц: лептоны, адроны. Частицы и античастицы. Четыре типа фундаментальных взаимодействий. Силы взаимодействия. | 1 | |
13 | Классификация элементарных частиц. Законы сохранения квантовых чисел. Кварки. Кварковая модель элементарных частиц. Кварк – лептонная симметрия. Глюоны. Основные представления квантовой хромодинамики. Электромагнитные и слабые взаимодействия кварков и лептонов. Единая теория слабых и электромагнитных взаимодействий. Идея великого объединения. | 1 | Задача на тему «Изотопический спин, изотопические мультиплеты» |
Модуль № 6. Космические лучи | |||
14 | Первичное космическое излучение. Прохождение космического излучения через атмосферу. Вариации космических лучей. | 1 | |
15 | Гипотезы происхождения космических лучей. Возможные механизмы ускорения частиц космического излучения. Радиационные пояса Земли. | 1 |
Практические занятия
Неделя | Задание | Час |
1 | «Модель атома Томсона. Задачи № 4 из 5 и № 2.1 из 6» | 1 |
2 | «Энергия связи ядра. Энергия св. ядра относительно каких-либо его составных частей. Задачи № 10.7 из 6» | 1 |
3 | «Энергия связи ядра. Энергия связи ядра относительно каких-либо его составных частей. Задачи № 17,18 из 5» | 1 |
4 | «Формула Вейцзеккера для энергии связи ядра. Задачи № 10.16 из 6» | 1 |
5 | «Задачи № 10.36, 10.37 из 6.» | 1 |
6 | «Оболочечная модель ядра. Задачи № 10.32, 10.33 из 6» | 1 |
7 | «Закон радиоактивного распада. Задачи № 11.3, 11.4 из 6». | 1 |
8 | «Энергия a-распада. Спектры a-частиц. Задачи №11.25, 11.28 из 6» | 1 |
9 | «Энергия a-распада. Спектры a-частиц. Задачи № 11.29, 11.35из 6» | 1 |
10 | «a-распад. Задачи №11.41, 11.46 из 6» | 1 |
11 | «g-излучение ядер. Задачи № 11.43, 11.44, 11.45 из 6» | 1 |
12 | «Энергия ядерной реакции. Задачи № 13.10, 13.11 из 6» | 1 |
13 | «Кинематика ядерной реакции. Задачи №13.13, 13.14 из 6» | 1 |
14 | «Порог ядерной реакции. Задачи № 13.19, 13.20, 13.21 из 6» | 1 |
15 | «Потери энергии при прохождении заряженной частицы через вещество. № 000, 170 из 5» | 1 |
Список литературы
Основная:
1.Мухин ядерная физика., из 3-х томов, Лань 2008. М.: 1140 с.
2. Мухин ядерная физика: т.1, Физика атомного ядра-М.; Энергоатомиздат, 1983, 616 с.
3.Мухин ядерная физика: т.2, Физика элементарных частиц-М.; Энергоатомиздат, 1983 , 376 с.
4., Юдин физика - М.; Наука, 1980, 671 с.
5.Ракобольская физика. Издательство Московского университета, 1971, 295с.
6. и др. Сборник задач по ядерной физике.- М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963, 230 с.
7.Иродов задач по атомной и ядерной физике.- М.:Энергоатомиздат, 1984, 215с.
8. , , Дьячков к лабораторным работам по ядерной физике. - Алматы, 2005, 72 с.
Дополнительная:
1. , , Жусупов физика. Понятийный аппарат. –Алматы: Казак университет. 2002, 151 с.
2. , Юшков элементарных частиц. Т.2. – Алматы. 2006, 487 с.
3. , Юшков атомных ядер. Т.3. – Алматы. 2007, 735 с.
Формы контроля знаний:
Лабораторные работы: 6 работ в семестр
Контрольные работы: 1 работа в семестр, 2 коллоквиума в семестр
СРС: 6 заданий в семестр
Итоговый экзамен: в период экзаменационной сессии
Критерии оценки знаний, баллы в %
№ п/п | Виды занятий и работ студента | Количество рекомендуемых баллов(%) |
1. | Выполнение практических работ, сдача расчетов и теории | 30 |
2. | Результаты СРС | 12 |
3. | Контрольная работа 1-7 нед. | 1 |
4. | Промежуточный контроль 1-7 нед. | 8 |
5. | Промежуточный контроль 8-15 нед. | 9 |
6. | Итоговый экзамен | 40 |
Итого | 100 |
Шкала оценки знаний:
Буквенный эквивалент оценки | Цифровой эквивалент оценки (GPA) | Баллы в % | Оценка по традиционной системе |
A | 4 | 95-100 | «Отлично» |
A- | 3,67 | 90-94 | |
B+ | 3,33 | 85-89 | «Хорошо» |
B | 3 | 80-84 | |
B- | 2,67 | 75-79 | |
C+ | 2,33 | 70-74 | «Удовлетворительно» |
C | 2 | 65-69 | |
C- | 1,67 | 60-64 | |
D+ | 1,33 | 55-59 | |
D | 1 | 50-54 | |
F | 0 | 0-49 | «Неудовлетворительно» (непроходная оценка) |
I | 0 | 0 | «Дисциплина не завершена» |
W | 0 | 0 | «Отказ от дисциплины» |
AW | 0 | 0 | «Отчислен с дисциплины» |
AU | 0 | 0 | «Дисциплина прослушана» |
P/NP(Pass/No Pass) | - | «Зачтено/не зачтено» |
Политика курса:
а) Обязательное посещение занятий;
б) Активность во время практических занятий;
в) Недопустимы плагиат, подсказывание и списывание во время сдачи СРС, промежуточного контроля и финального экзамена. Студент, уличенный в фальсификации любой информации курса, получит итоговую оценку «F»;
в) Подготовка к занятиям, к выполнению СРС, к рубежным контролям;
г) Отработка пропусков занятий;
д) Своевременная сдача заданий и контрольных работ;
е) Во время занятий отключать сотовые телефоны.
Помощь:
За консультациями по выполнению самостоятельных работ (СРС), их сдачей и защитой, а также за дополнительной информацией по пройденному материалу и всеми другими возникающими вопросами по читаемому курсу обращайтесь к преподавателю в период его офис-часов.
Доцент
