CILJEVI PREDMETA: Stjecanje znanja i kompetencija iz nuklearne fizike, koja predstavlja značajnu granu moderne fizike sa implikacijama u nizu temeljnih znanstvenih disciplina (fizika elementarnih čestica, astrofizika, astronomija i kozmologija), a čije primjene s druge strane predstavljaju osnove modernih tehnologija: tehnike nuklearne medicine u dijagnostici i terapiji, proizvodnja energije, datiranje, ispitivanje strukture materijala, primjene u ekologiji, geologiji i klimatologiji, nuklearnoj forenzici, itd.
Predmet je predviđen kao izravni sljedbenik predmeta Nuklearna fizika 1, s glavnim ciljem usvajanja temeljnih znanja o strukturi, pobuđenjima, raspadima i reakcijama atomskih jezgara pregledom najznačajnijih eksperimenata i praktičnom primjenom kvantne mehanike i klasične elektrodinamike na fiziku mikroskopskih konačnih sustava - agregata čestica koje međudjeluju jakom, slabom, i elektromagnetskom silom.
Zajedno sa predmetom prethodnikom, Nuklearna fizika 1, osiguravanje studentima temeljna znanja i ulazne kompetencije za specijalističke kolegije 4. i 5. godine studija (Medicinska fizika, Nuklearna astrofizika, Nuklearna struktura, Praktikum iz nuklearne fizike , Struktura nukleona, Fizika hadrona, Reaktorska fizika) i povezivanje s doktorskim studijem iz nuklearne fizike ili neke od gore navedenih fundamentalnih disciplina, kao i sa specijalističkim i doktorskim studijima medicinske fizike.
ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA KOJIMA PREDMET DOPRINOSI:
1. ZNANJE I RAZUMJEVANJE:
1.2. pokazati temeljito poznavanje naprednih metoda teorijske fizike, a posebno klasične mehanike, klasične elektrodinamike, statističke fizike i kvantne fizike;
1.3. pokazati temeljito poznavanje važnijih fizikalnih teorija što uključuje njihovo značenje, eksperimentalnu motivaciju i potvrdu, logičku i matematičku strukturu i povezane fizikalne pojave;
2. PRIMJENA ZNANJA I RAZUMJEVANJA:
2.1. razviti način razmišljanja koji omogućava postavljanje modela ili prepoznavanje i primjenu postojećih modela u traženju rješenja za konkretne fizikalne i analogne probleme
2.3. primijeniti standardne metode matematičke fizike, posebno matematičke analize i linearne algebre te odgovarajuće numeričke metode kod rješavanja fizikalnih problema
2.4. primijeniti postojeće modele za razumijevanje i objašnjenje novih eksperimentalnih pojava i podataka
4. KOMUNIKACIJSKE SPOSOBNOSTI:
4.3. koristiti engleski jezik kao jezik struke pri komunikaciji, korištenju literature i pisanju znanstvenih i stručnih radova
5. SPOSOBNOST UČENJA:
2.3. samostalno koristiti stručnu literaturu i ostale relevantne izvore informacija što podrazumijeva dobro poznavanje engleskog kao jezika struke
OČEKIVANI ISHODI UČENJA NA RAZINI PREDMETA:
Po završetku kolegija student će biti sposoban:
1. Demonstrirati poznavanje osnovnih koncepata pobuđenja jezgre i radioaktivne raspade, primijeniti zakon raspada.
2. Objasniti temeljne elektromagnetske prijelaze, primijeniti elektromagnetske multipolne operatore prijelaza i prijelazne matrične elemente u opisu vjerojatnosti električnih i magnetskih prijelaza jezgara i određivanju izbornih pravila.
3. Opisati nuklearni alfa raspad u kontekstu postojećih eksperimentalnih podataka, i primijenom kvantne mehanike izračunati vjerojatnosti nuklearnog alfa raspada.
4. Demonstrirati poznavanje nuklearne fisije u kontekstu kvantne mehanike i primjenom fenomenološkog pristupa objasniti produkciju energije u fisiji.
5. Primijeniti kvantnu mehaniku u opisu vjerojatnosti prijelaza nuklearnog beta raspada i određivanju izbornih pravila, objasniti dvostruke beta raspade.
6. Demonstrirati poznavanje nuklearnog modela ljusaka i magične brojeve.
7. Primijeniti jednočestične potencijale u aproksimaciji harmoničkog oscilatora i proširenja sa spin-orbit međudjelovanjem u opisu jednočestičnih spektara sferičnih i deformiranih jezgara.
8. Objasniti oscilacije gustoće i oblika jezgre u kolektivnom modelu.
9. Opisati modele rotacija jezgre, energije rotacione vrpce i elektromagnetske prijelaze unutar vrpce.
10. Primijeniti kvantnu mehaniku u određivanju udarnih presjeka za Coulomb pobuđenje jezgre, direktne nuklearne reakcije, i reakcije složenom jezgrom
SADRŽAJ PREDMETA:
Predavanja (15 tjedana po 2 sata)
1. Elektromagnetski prijelazi. Emisija fotona. Vjerojatnost raspada primjenom Fermijevog zlatnog pravila. Elektromagnetsko polje kao rješenje Maxwellovih jednadžbi, kvantizacija elektromagnetskog polja.
2. Elektromagnetski multipolni operatori prijelaza, dugovalna aproksimacija. Reducirana vjerojatnost prijelaza, izborna pravila elektromagnetskih prijelaza.
3. Interna konverzija, produkcija elektron-pozitron para. Jednočestična vrijednost elektromagnetskih prijelaza.
4. Nuklearni alfa raspad, empirijska Geiger-Nuttal relacija. Kvantno-mehanički opis vjerojatnosti alfa raspada.
5. Spontana i inducirana nuklearna fisija, bimodalna raspodjela mase fisionih fragmenata, fisiona barijera, oslobođena energija.
6. Nuklearni beta raspad, nesačuvanje pariteta, uhvat elektrona, Q vrijednosti. Vjerojatnost prijelaza za beta raspad, Fermi i Gamow-Teller prijelazi, zabranjeni prijelazi.
7. Kurie dijagram, određivanje mase neutrina. Izborna pravila za beta prijelaze. Dvostruki beta raspadi.
8. Teorijski opis strukture atomske jezgre, nuklearni model ljusaka. Magični brojevi. Srednji nuklearni potencijal.
9. Jednočestični potencijal u aproksimaciji harmoničkog oscilatora. Spin-orbit međudjelovanje.
10. Jednočestični model ljusaka za deformirane jezgre, anizotropni harmonički oscilator, Nilssonovi kvantni brojevi. Nilssonov Hamiltonijan.
11. Oscilacije gustoće i oblika jezgre, egzotična pobuđenja. Kolektivni model vibracija jezgre, Hamiltonijan vibracija za multipolne modove.
12. Model rotacija, Hill-Wheeler koordinate, Bohrov Hamiltonijan. Energija rotacione vrpce, elektromagnetski prijelazi unutar vrpce. Čestica plus rotor model.
13. Nuklearne reakcije. Udarni presjek za Coulomb pobuđenje.
14. Nuklearne reakcije Složenom jezgrom, Bohrova hipoteza.
15. Breit-Wigner formula za izolirane rezonancije. Direktne reakcije, udarni presjek u Bornovoj aproksimaciji.
Vježbe (15 tjedana po 1 sat):
1. Radioaktivni raspadi jezgara. Zakonitosti radioaktivnih raspada općenito
2. Lančani raspad jezgara (raspad u nizu)
3. Nuklearni alfa-raspad
4. Nuklearni beta-raspad
5. Nuklearni gama-prijelazi
6. Struktura atomske jezgre. Model ljusaka: jednočestična stanja.
7. Model ljusaka: dvočestična valna funkcija
8. Model ljusaka: magnetski kvadrupolni moment
9. Kolektivni modeli atomske jezgre: rotacijski model - uvodni zadaci
10. Kolektivni modeli atomske jezgre: rotacijski model - napredni zadaci
11. Nuklearne reakcije. Kinematika dvočestičnih nuklearnih reakcija
12. Elastično raspršenje
13. Direktne nuklearne reakcije
14. Nuklearne reakcije složenom jezgrom, rezonantne reakcije
15. Inverzne nuklearne reakcije i princip detaljne ravnoteže
OBVEZE STUDENATA:
Studenti su dužni redovito pohađati nastavu, aktivno sudjelovati u rješavanju problema na vježbama, izraditi po jedan seminarski rad u svakom semestru i uspješno riješiti kolokvij na kraju svakog semestra.
OCJENJIVANJE I VREDNOVANJE RADA STUDENATA:
Tijekom semestra studenti rješavaju samostalne zadatke i polažu dva pismena kolokvija. Na kraju semestra studenti izlaze na završni usmeni ispit.
|
- Samuel S. M. Wong, Introductory Nuclear Physics, Wiley-Interscience, 1999.
- - Kenneth S. Krane, Introductory Nuclear Physics, Wiley-Interscience, 1987.
- Kris Heyde, Basic Ideas and Concepts in Nuclear Physics, Institute of Physics, 2004.
- Kris Heyde, From Nucleons to the Atomic Nucleus: Perspectives in Nuclear Physics, Springer Verlag, 2002.
- John Dirk Walecka, Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics, Imperial College Press, 2004.
|
Pristupačnost
