У твърдил: …………………..
Декан /проф. дфн Ал. Драйшу/
Дата .......................................
СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ “СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ”
Специалност: Медицинска физика
УЧЕБНА ПРОГРАМА Дисциплина: ФИЗИКА НА АТОМНОТО ЯДРО И ЕЛЕМЕНТАРНИТЕ ЧАСТИЦИ Преподавател: проф. дфн Румен Ценов, доц. д-р Мариян Богомилов
Асистент: преподавател от катедра „Атомна физика”
Учебна заетост
|
Форма
|
Хорариум
|
Аудиторна заетост
|
Лекции
|
45
|
Семинарни упражнения
|
15
|
Практически упражнения (хоспетиране)
|
|
Обща аудиторна заетост
|
60
|
Извънаудиторна заетост
|
Самостоятелна работа в библиотека или с ресурси
|
20
|
Самостоятелно решаване на задачи за домашна работа
|
30
|
Подготовка за изпит
|
25
|
|
|
|
Обща извънаудиторна заетост
|
75
|
ОБЩА ЗАЕТОСТ
|
135
|
Кредити аудиторна заетост
|
2.0
|
Кредити извънаудиторна заетост
|
2.5
|
ОБЩО ЕКСТ
|
4.5
|
№
|
Формиране на оценката по дисциплината1
|
% от оценката
| -
| Текуща самостоятелна работа /контролно |
30
| -
| Изпит |
70
|
Анотация на учебната дисциплина:
|
Курсът по „Физика на атомното ядро и елементарните частици“ е едносеместриален (VI семестър). Той е последен от серията курсове по Обща физика, като целта му е да въведе студентите в субатомната физика, с което да завърши изграждането у тях на физическата картина за устройството на света. Курсът започва, малко нетрадиционно, с основни сведения за най-малките структурни частици на материята: кварките и лептоните и техните фундаментални взаимодействия: гравитационно, слабо, електромагнитно и силно. Дава се идея за Стандартния модел на частиците и взаимодействията. Въвеждат се адроните, в частност протонът и неутронът като съставени от кварки и атомите ядра като свързани системи от нуклеони. Разглеждат се от единна гледна точка реакциите и превръщанията (разпаданията) в субатомната физика. Кратко се дават основни понятия за фундаменталните симетрии и връзката им със законите за запазване. След това се преминава към описанието на атомните ядра. Разглеждат се основните свойства на ядрата и методите за тяхното определяне, моделите за устройството на ядрената материя. Нужното внимание е отделено на радиоактивността, видовете разпадания и тяхното теоретично обяснение. Дават се основни понятия за най-важните от практическа гледна точка ядрени реакции, за ядреното делене и ядрения синтез. Кратко се разглежда съвременната експериментална техника в субатомната физика и приложенията на нейните методи и устройства в други области на човешката практика.
Съществена част от курса са семинарните занятия, които са посветени на решаването на задачи. Задачите са подбрани така, че да допълват, развиват и онагледяват преподавания на лекциите материал. Успешното справяне със задачите не изисква широко използване на целия арсенал на математическите методи на физиката, а по-скоро зависи от усвояването на физическите идеи и ориентирането в конкретния проблем.
Предвидените часове и кредити извънаудиторна заетост са за самостоятелна работа с литературните източници, за решаването на предложените задачи за домашна работа и за подготовката за изпита.
|
Предварителни изисквания: |
Студентите трябва да са усвоили материала, преподаван в задължителните курсовете по Обща физика, включително „Атомна физика и взаимодействие на йонизиращите лъчения с веществото“ и „Квантова механика“. Студентите трябва да имат записан шести семестър в специалност „Медицинска физика“.
|
Очаквани резултати:
|
След успешно завършване на курса студентите ще имат системни знания за фундаменталните съставящи на материята и техните взаимодействия, за свойствата, структурата и превръщанията на атомните ядра. Ще са запознати в общи линии използваните експериментални методи в субатомната физика и тяхното приложение в други области на човешката практика, вкл. и медицината. Ще могат да решават прости задачи, свързани със свойствата и превръщанията на атомните ядра и радиоактивността.
|
Учебно съдържание
№
|
Тема:
|
Хора-риум
|
1
|
Йерархия и структурата на материята: вещество, атоми, ядра, нуклеони, кварки и лептони. Квантова структура на микросвета.
Основни свойства на обектите на субатомната физика (елементарните частици и атомните ядра): маса, електрически и други заряди, спин, други квантови числа. Фундаментални частици – лептони и кварки. Съставни частици: адрони. Адронна спектроскопия. Атомни ядра.
|
3
|
2
|
Фундаментални взаимодействия и техните преносители. Интензивност и радиус на действие. Гравитационно, слабо, електромагнитно и силно взаимодействия. Специфика на отделните взаимодействия. Стандартен модел на частиците и взаимодействията.
|
3
|
3
|
Реакции и превръщания в микросвета. Реакции между елементарни частици. Ядрени реакции. Разпадане. Закон за радиоактивното разпадане. Константа на разпадане, период на полуразпадане и ширина на енергетичните състояния. Примери.
|
3
|
4.
|
Симетрии, инвариантност и закони за запазване. Преобразувания и симетрии в квантовата физика. Пространствени симетрии: непрекъснати и дискретни. Примери: транслации, пространствено отражение, обръщане знака на времето, зарядово спрягане. Връзка между преобразуванията на симетрия и законите за запазване. Точни и нарушени симетрии. Примери.
|
3
|
5.
|
Състав на атомното ядро: изотопи, изотони, изобари. Маса на ядрото в основно състояние и енергия на свързване. Методи за определяне на масата. Приложения на енергията на свързване: енергия за отделяне на частица; енергия на реакцията.
|
3
|
6.
|
Разпределение на ядрения заряд и ядрената материя. Методи за изучаването му: разсейване на бързи електрони и неутрони, огледални ядра и други.
|
2
|
7.
|
Ядрени моменти и методи за измерването им. Спин на ядрото. Електромагнитни моменти: магнитен диполен момент, електричен квадруполен момент. Ядрен магнитен резонанс.
|
3
|
8.
|
Стабилност на ядрата. Радиоактивно разпадане. Енергетични условия. -разпадане: основни факти; емпиричен закон на Гайгер-Нътъл; теория на -разпадането. -разпадане: видове, теория на Ферми за -разпадането; сравнителен период на полуразпадане; графика на Кюри; подборни правила по спин и четност при -разпадането. Гама-преходи: подборни правила при -преходите; вътрешна конверсия; ядрена изомерия.
|
5
|
9.
|
Последователни разпадания и радиоактивни семейства. Естествена радиоактивност.
|
2
|
10.
|
Капков модел на ядрото – формула на Вайцзекер за масата; масова парабола за изобарни ядра. Едночастичен слоест модел: магически числа; силно спин-орбитално взаимодействие; експериментални потвърждения. Колективни модели: вибрации на ядрената материя; ротация на деформираните ядра. Обобщени модели.
|
5
|
11.
|
Силно ядрено взаимодействие: свойства, спинова зависимост, зарядова независимост (изоспин); обменен характер; потенциали на силното ядрено взаимодействие.
|
2
|
12.
|
Механизми на ядрените реакции: съставно ядро и преки реакции; резонансни реакции. Ядрени реакции с неутрони, получаване на изкуствени радиоактивни ядра, приложения.
|
3
|
13.
|
Делене на ядрата: факти и елементарна теория; делене от бавни и от бързи неутрони. Верижна реакция. Ядрен синтез: енергия на активация; термоядрени реакции в звездите. Неуправляеми и управляеми реакции на делене и синтез. Бомби и реактори.
|
3
|
14.
|
Ускорители – видове, принципи на действие, характеристики. Приложения в техниката, медицината и другаде.
|
2
|
15.
|
Регистрация на бързи заредени частици, неутрони и гама-кванти. Типове детектори и техни основни характеристики. Приложения извън физичните изследвания.
|
3
|
Семинарни занятия:
|
1.
|
Квантови микрообекти. Елементарни частици и атомни ядра. Фундаментални взаимодействия.
|
1
|
2.
|
Реакции и разпадания. Класически и релативистки кинематични зависимости.
|
2
|
3.
|
Основни свойства на ядрата. Ядрени формфактори.
|
2
|
4.
|
Спин и магнитни моменти на ядрата.
|
2
|
5.
|
Закон за радиоактивното разпадане. Последователни разпадания. –разпадане.
|
2
|
6.
|
–разпадане.
|
2
|
7.
|
–преходи и вътрешна конверсия.
|
2
|
8.
|
Експериментални методи на субатомната физика.
|
2
|
Конспект за изпит
№
|
Въпрос
|
1.
|
Йерархия и структурата на материята: вещество, атоми, ядра, нуклеони, кварки и лептони. Квантова структура на микросвета. Единици в субатомната физика.
|
2.
|
Фундаментални частици (лептони и кварки), фундаментални взаимодействия и техните преносители. Интензивност и радиус на действие. Специфика на отделните взаимодействия. Стандартен модел на частиците и взаимодействията.
|
3.
|
Основни свойства на обектите в субатомната физика (елементарните частици и атомните ядра): маса, електрически и други заряди, спин, други квантови числа. Съставни частици: адрони. Адронна спектроскопия. Атомни ядра.
|
4.
|
Реакции и превръщания в микросвета. Реакции между елементарни частици. Ядрени реакции. Кинематика. Закони за запазване. Енергиен баланс.
|
5.
|
Разпадане. Закон за радиоактивното разпадане и свързаните с него величини. Ширина на енергетичните състояния. Измерване на времена на живот.
|
6.
|
Преобразувания и симетрии в квантовата физика. Пространствени и вътрешни симетрии: непрекъснати и дискретни. Връзка между преобразуванията на симетрия и законите за запазване. Точни и нарушени симетрии. Симетрия спрямо отражение на пространствените оси.
|
7.
|
Основни свойства на ядрата. Маса на ядрото в основно състояние и методи за измерването й. Енергия на свързване. Полуемпирична формула за енергията на свързване (капков модел). Масова парабола, линия на стабилност и граници на съществуване на ядрената материя.
|
8.
|
Размери на ядрата и разпределение на ядрения заряд и ядрената материя. Методи за изучаването им, резултати.
|
9.
|
Ядрени моменти и методи за измерването им: спин на ядрото, електромагнитни моменти - магнитен диполен и електричен квадруполен момент. Приложения.
|
10.
|
Радиоактивност – естествена и изкуствена. Видове по тип на излъчваните частици. Свързани разпадания. Радиоактивно датиране.
|
11.
|
α-разпадане: основни закономерности, емпиричен закон на Гайгер-Нътъл, квантово описание на α-разпадането. Правила за отбор.
|
12.
|
-разпадане: видове, теория на Ферми за -разпадането, сравнителен период на полуразпадане, графика на Кюри, подборни правила по спин и четност при -разпадането. Маса на електронното антинеутрино.
|
13.
|
Гама-преходи: мултиполност, правила за отбор, едночастични оценки. Вътрешна конверсия. Резонансно поглъщане.
|
14.
|
Ядрени сили между нуклеоните: свойства, спинова зависимост, зарядова независимост и изоспин, обменен характер, потенциали на силното ядрено взаимодействие. Експериментални потвърждения.
|
15.
|
Едночастичен слоест модел: магически числа, концепция за средно поле, спин-орбитално взаимодействие, експериментални потвърждения.
|
16.
|
Колективни модели: вибрации на ядрената материя, ротации на деформирани ядра.
|
17.
|
Механизми на ядрените реакции: съставно ядро, резонансни реакции, преки реакции. Откриване на неутрона; забавяне на неутрони. Получаване на изкуствени радиоактивни ядра, приложения.
|
18.
|
Делене на ядрата: факти и елементарна теория. Верижна реакция. Ядрени реактори и ядрени бомби. Ядрен синтез. Термоядрени реакции в Слънцето. Управляем термоядрен синтез. Водородна бомба.
|
19.
|
Ускорители – видове, принципи на действие, характеристики. Приложения.
|
20.
|
Регистрация на бързи заредени частици, неутрони и гама-кванти. Типове детектори и техните основни характеристики. Приложения.
|
Библиография
Основна:
1. K. S. Krane, Introductory Nuclear Physics, John Wiley&Sons, Inc. New York, 1988.
2. E. Henley, A. Garcia, Subatomic Physics – 3d edition, World Sci. Pub., 2007
3. У.С.С. Уилямс, Физика на ядрото и елементарните частици (превод А. Пройкова, Р. Ценов, С. Габраков), Университетско издателство “Св. Кл. Охридски”, София 2000.
4. А. Минкова, Ядрена физика, „Тита консулт”, София 2008.
електронно копие: http://atomic.phys.uni-sofia.bg/elektronna-biblioteka/lectures/aiaf-Minkova/
Допълнителна:
1. Das, T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics, 2nd edition, World Sci. Pub., 2003.
2. Н. Балабанов, Ядрена физика, Пловдивско университетско издателство, 1998 г.
3. К.Н.Мухин, Экспериментальная ядерная физика, т. І – Физика атомного ядра, изд. “Энергоатомиздат”, Москва, 1983 г.
4 . Б. Славов, Теоретична ядрена физика, Университетско издателство “Св. Кл. Охридски”, София 2000.
Дата: 30 ноември 2017 г. Съставил: ..................................
/проф. дфн Румен Ценов/
..................................
/доц. д-р Мариян Богомилов/
Сподели с приятели: |
