Учебная программа составлена на основе образовательного стандарта специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и технологии» (ОСВО 1-31 04 06-2013), введенном с 1 сентября 2013 г., и учебного плана специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и технологии», утвержденном 30 мая 2013 г., регистрационный номер УПG31-142/уч.

Составители:

  — доцент кафедры ядерной физики Белорусского государственного университета, кандидат физико-математических наук.

— доцент кафедры ядерной физики Белорусского государственного университета, кандидат физико-математических наук, доцент;

— профессор кафедры ядерной физики Белорусского государственного университета, доктор физико-математических наук, доцент;

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:

Кафедрой ядерной физики физического факультета Белорусского государственного университета

(протокол № 12 от 01.01.01 г.);

Советом физического факультета

(протокол № 11 от 8 июня 2017 г.)

Пояснительная записка


Программа дисциплины «Радиометрия, спектрометрия и обработка данных измерений» разработана для специализации 1-31 04 06 01 «Ядерная физика и электроника» специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и технологии» первой ступени высшего образования. Настоящая программа является оригинальной и разработана с учетом соответствующих требований образовательного стандарта специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и технологии» (ОСВО 1-31 04 06-2013).

В современной науке, промышленности, геологии и медицине  в настоящее время  широко применяются ядерно-физические методы, такие как,  нейтронно - и гамма-активационные методы исследования элементного состава вещества, рентгеновские методы исследования структуры вещества, аналитические и терапевтические методы в медицине и т. д. Лаборатория специализации «Радиометрия, спектрометрия и обработка данных измерений» дает основные практические навыки проведения экспериментов в области прикладной ядерной физики, интерпретации полученных результатов, понимания всей совокупности ядерно-физических  методов, применяемых  в различных областях науки и техники. Спектрометрия и радиометрия для ионизирующего излучения – это базовые методы для любого ядерно-физического эксперимента. Радиометрия и спектрометрия для различных видов ионизирующего излучения имеют  свои особенности в проведении экспериментальных исследований, которые студенты должны понять и научится использовать в практической работе.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Процессы замедления, рассеяния  и поглощения нейтронов в веществе важны для понимания процессов, происходящих в ядерном реакторе. Ряд лабораторных работ по нейтронной физике направлен на то, чтобы студенты непосредственно на эксперименте научились методам работы с нейтронным излучением, практически изучили основные характеристики нейтронного излучения, определяющие процессы, происходящие в реакторе.

Целью учебной дисциплины является практическое изучение  физических  процессов взаимодействия различных видов излучения с атомами и ядрами вещества, формирующих спектры излучений, а также методов  спектрометрии и радиометрии, включая алгоритмы анализа и обработки информации,  изучение влияния среды на параметры и пучков, с одной стороны, и воздействие пучков на характеристики среды, с другой стороны.

Основное внимание уделяется:  обучению студентов практическим методам работы с различными видами ионизирующего излучения и методам использования излучения для решения  широкого круга прикладных ядерно-физических задач. 

Материал лабораторных работ основан на знаниях и представлениях, полученных в рамках следующих дисциплин: «Физика ядра и элементарных частиц»,  «Взаимодействие излучения с веществом», «Методы и устройства регистрации излучений», «Спектрометрия и радиометрия ядерных излучений», «Нейтронная физика», «Статистические методы обработки информации в ядерно-физическом эксперименте».

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

- основные процессы взаимодействия различных видов излучений с веществом;

- закономерности формирования спектров различных видов излучения;

       - методы измерения характеристик радиоактивных источников различных видов излучения;

       - методы анализа спектров различных видов излучения;

       - метод измерения элементного состава  с помощью нейтронно-активационного анализа;

       - основы метода мессбауэровской спектроскопии.

Уметь:

- использовать различные виды детекторов  для регистрации и измерения спектров различных видов  излучения;

- измерять и анализировать  физические характеристики наведенной радиоактивности;

-измерять и анализировать спектры различного вида излучений;

-измерять активность различных источников излучения;

Владеть:

- методами измерения и анализа физических параметров излучения, проходящего через различные среды;

- практическими навыками работы с различными видами излучения;

- практическими навыками применения активационного метода и метода мессбауэровской спектроскопии.

Программа курса составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта ОСВО 1-31 04 06-2013.

Освоение учебной программы лаборатории специализации: " Радиометрия, спектрометрия и обработка данных измерений» для специальности 1-31 04 06 Ядерные физика и технологии должно обеспечить формирование следующих  компетенций:

– уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения теоретических и практических задач;

       –  владеть системным и сравнительным анализом;

       –  владеть исследовательскими навыками;

       –  уметь работать самостоятельно;

       –  иметь навыки, связанные с использованием технических устройств, управлением информацией и работой с компьютером;

       –  иметь лингвистические навыки (устная и письменная коммуникация);

    обладать качествами гражданственности; быть способным к социальному взаимодействию; обладать способностью к межличностным коммуникациям; владеть навыками здорового образа жизни; применять знания теоретических и экспериментальных основ ядерной физики и ядерных технологий, ядерно-физических методов исследования, методов измерения физических величин, методов автоматизации эксперимента, методов планирования, организации и ведения научно-производственной, научно-педагогической, производственно-технической, опытно-конструкторской работы в области ядерно-физических технологий и атомной энергетики. применять полученные знания фундаментальных положений физики, экспериментальных, теоретических и компьютерных методов исследования, планирования, организации и ведения научно-технической работы. вести переговоры, разрабатывать планы сотрудничества с другими организациями. пользоваться глобальными информационными ресурсами. пользоваться государственными языками Республики Беларусь и иными иностранными языками как средством делового общения. реализовывать методы защиты производственного персонала и населения в условиях возникновения аварий, катастроф, стихийных бедствий и обеспечения радиационной безопасности при осуществлении научной, производственной и педагогической деятельности. осуществлять поиск, систематизацию и анализ информации по перспективным направлениям развития отрасли, инновационным технологиям, проектам и решениям. определять цели инноваций и способы их реализации.

оценивать конкурентоспособность и экономическую эффективность разрабатываемых технологий.


Общее количество часов, отводимое на изучение учебной дисциплины – 120 часов.

Аудиторные часы проводятся в виде выполнения лабораторных работ в лаборатории - 78 часов.

Занятия проводятся  в 8-ом семестре.

Форма текущей аттестации по учебной дисциплине – зачет.

Содержание учебного материала


1.Определение активности методом совпадений позволяет измерить активность источникаабсолютным методом, не имея информации о характеристиках детектора.

2.Физическая сущность эффекта Мессбауэра и основы экспериментальной техники - работа, позволяющая практически изучить основы эффекта Мессбауэра, методы измерения спектра излучения и  основных характеристикмессбауэровского спектрометра (селективность, разрешающую способность, вероятность).

3.Сверхтонкие взаимодействия в ядрах – лабораторная работа, в которой студенты получают навыки практического использования метода эффекта Мессбауэра для измерения внутриатомного магнитного поля, а также для измерения химического сдвига, позволяющего получить информацию о химической структуре вещества.

4.Спектрометр полного поглощения. Изучение формы амплитудного спектра сцинтилляционного гамма-спектрометра – лабораторная работа посвящена изучению и сравнению характеристик аппаратурных спектров сцинтилляционных спектрометров с относительно малым регистрирующим сцинтиллятором и сцинтиллятором больших размеров, в котором многократные процессы взаимодействия излучением с веществом сцинтиллятора вносят существенный вклад в формирование аппаратурных спектров.

5. Замедление нейтронов в веществе. Измеряются основные параметры, характеризующие прохождение и замедление нейтронов в воде, что важно для понимания процессов формирования  нейтронного поля в водо-водяном ядерном реакторе.

6. Измерение мощности нейтронного источника.  Для измерения мощности нейтронного источника используется метод полного поглощения в водяной колонне большого размера. Анализируются условия использования данного метода, вид детектора, позволяющий выполнить корректные измерения. Рассчитывается эффективность используемого детектора тепловых нейтронов.

7. Альбедо нейтронов. С помощью сцинтилляционного детектора тепловых нейтронов, использующего сцинтиллятор с добавлением лития,  в качестве конвектора нейтронов в заряженные частицы, измеряется зависимость альбедо нейтронов от толщины отражателя. Изучаются процессы, формирующие альбедо, а также влияния поглощения в отражателе на величину альбедо тепловых нейтронов.

8.Искусственная радиоактивность под воздействием нейтронов. Целью работы являетсяизучение основных оссобенностей активационного метода с помощью нейтронов. Определение плотности потока нейтронов с помощью  образца золота  методом нейтронно-активационного анализа.

9. Изучение работы математической системы MATLAB

Целью работы является  изучение основных приемов работы в системе Matlabнеобходимых для выполнения обработки и анализа спектров различных видов излучения.

10. Методы статистической обработки спектров ядерных излучений.

Целью работы является  изучение основных методов обработки спектров ядерных излучений, способов калибровки спектрометра, а также анализ многокомпонентныхспектров.

11.Определение неизвестного радиоактивного источника на спектрометре с неорганическим сцинтиллятором.

Цель работы является анализ спектральной линии неизвестного радиоактивного источника; определение энергиифотопика в спектре и среднее отклонение; на основании анализа аппаратурной формы линии неизвестного источника идентификация типа радиоактивного изотопа.

12. Идентификация радионуклидов для задач спектрометрии с использованием нейросетевых алгоритмов.

Цель работы: Проанализировать и оценить применение нейросетевого подхода к задачам классификации и идентификации радионуклидов в сцинтилляционной спектрометрии. Создать и обучить искусственную нейронную сеть для идентификации нуклидов по данным аппаратурного спектра, полученного на сцинтилляционном (NaI) детекторе. Определить качественный состав исследуемого радиоактивного вещества и оценить массовые доли содержащихся нуклидов.

13.Создание объектно-ориентированного интерфейса обработки экспериментальных данных на основе GUI технологии. Цель работы является создание интерфейса обработки экспериментальных данных с использованием оптимизационных и нейросетевыхметодов анализа спектральной информации.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ


Номер раздела, темы, занятия

Название раздела, темы, занятия;

перечень изучаемых вопросов

Количество аудиторных часов

Литература

Формы контроля

знаний

Лекции

Практические

занятия

Семинарские

занятия

Лабораторные

занятия

Контролируемая (управляемая)

самостоятельная работа студента

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Определение неизвестной активности методом совпадений.

6

[1-3]

[1д,2д]

1, 2

2

Физическая сущность эффекта Мессбауэра и основы экспериментальной техники.

6

[1-3]

[1д,2д]

1, 2

3

Сверхтонкие взаимодействия в ядрах.

6

[1-3]

[1д,2д]

1, 2

4

Спектрометр полного поглощения. Изучение формы амплитудного спектра сцинтилляционного гамма-спектрометра.

6

[1-3]

[1д,2д]

1, 2

5

Замедление нейтронов в веществе.

6

[4-6]

[1д,2д]

1, 2

6

Измерение мощности нейтронного источника

6

[4-6]

[1д,2д]

1, 2

7

Альбедо нейтронов

6

[4-6]

[1д,2д]

1, 2

8

Искусственная радиоактивность под воздействием нейтронов

6

[4-6]

[1д,2д]

1, 2

9

Изучение работы математической системы MATLAB

6

[7-9]

[3д,4д]

1, 2

10

Методы статистической обработки спектров ядерных излучений.

6

[7-9]

[3д,4д]

1, 2

11

Определение неизвестного радиоактивного источника на спектрометре с неорганическим сцинтиллятором

6

[7-9]

[3д,4д]

1, 2

12

Идентификация радионуклидов для задач спектрометрии с использованием нейросетевых алгоритмов

6

[7-9]

[3д,4д]

1, 2

13

Создание объектно-ориентированного интерфейса обработки экспериментальных данных на основе GUI технологии.

6

[7-9]

[3д,4д]

1, 2

Итого:

78


Информационно-методическая часть


Перечень используемых средств диагностики

результатов учебной деятельности.

Отчеты по лабораторным работам. Устный опрос.

Рекомендации по контролю качества усвоения знаний

и проведению аттестации.

Отчеты по лабораторным работам оформляются в письменной форме или на компьютере после выполнения лабораторной работы. Защита отчетов по лабораторным работам проводится в устной форме и оценивается по десятибалльной шкале. В оценке лабораторной работы учитываетсякак студент проводил подготовку к эксперименту, как выполнял экспериментальные измерения, самостоятельность  при выполнении эксперимента, обработке и интерпретации полученных данных.

       Оценка текущей успеваемости рассчитывается как среднее оценок за каждую лабораторную работу , где Li - оценка по отдельной лабораторной работе.

Текущая аттестация по учебной дисциплине проводится в форме зачета

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

. Экспериментальная ядерная физика. Т.1, 2002 г. , , «Защита от излучений ядерно-технических установок»,т.2, Энергоатомиздат, 1990. . и др. Защита от ионизирующих излучений, т. 1. Физические основы защиты от ионизирующих излучений» .: Энергоатомиздат, 1989. «Нейтроны», Москва 1955. Физика нейтронов низких энергий, 1976 г. , «Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом», Минск, 2010г., этьюз Численные методы Использование Matlab Издательский дом «Вильямс» , 2001, с.707. В. Дьяконов MATLAB учебный курс – современное средство математического моделирования процессов, Питер, 2002,  с.512. http://matlab. exponenta. ru/gui/index. php

Дополнительная


Экспериментальная  ядерная физика под ред. Э. Сегре т.1,2, М., ИИЛ, 1971 г. “??,???,??спектроскопия” 1-4 тома., под редК. Зигбан, М., Атомиздат, 1969 г. MATLAB 7. Самоучитель. Издательство: Вильямс. Год издания: 2005г. 256 стр. . Matlab 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Основы применения. М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 800с.

ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ УВО


Название дисциплины, с которой требуется согласование

Название кафедры

Предложения об изменениях в содержании учебной программы учреждения высшего образования по учебной дисциплине

Решение, принятое кафедрой, разработавшей учебную программу (с указанием даты и номера протокола)

Физика ядра и

элементарных частиц

Кафедра ядерной физики

Оставить содержание учебной дисциплины без изменения

Рекомендовать к утверждению учебную программу в представленном варианте

Протокол № 12 от 01.01.01 г.

Методы и устройства регистрации излучений

Кафедра ядерной физики

Оставить содержание учебной дисциплины без изменения

Рекомендовать к утверждению учебную программу в представленном варианте

Протокол № 12 от 01.01.01 г.

Взаимодействие ионизирующих излучения с веществом.

Кафедра ядерной физики

Оставить содержание учебной дисциплины без изменения

Рекомендовать к утверждению учебную программу в представленном варианте

Протокол № 12 от 01.01.01 г.

Спектрометрия и радиометрия ионизирующих излучений

Кафедра ядерной физики

Оставить содержание учебной дисциплины без изменения

Рекомендовать к утверждению учебную программу в представленном варианте

Протокол № 12 от 01.01.01 г.

Нейтронная физика

Кафедра ядерной физики

Оставить содержание учебной дисциплины без изменения

Рекомендовать к утверждению учебную программу в представленном варианте

Протокол № 12 от 01.01.01 г.

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ УВО

на _____/_____ учебный год


№№

пп

Дополнения и изменения

Основание

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

_______________

Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ядерной физики

(протокол № ____ от ________ 20__ г.)

Заведующий кафедрой

ядерной физики

к. ф.-м. н., доцент        ______________

УТВЕРЖДАЮ

Декан физического факультета

д. ф.-м. н., профессор         ________________