Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Fundamentals of Nuclear Physics
Course of study:
2016/2017
Code:
JFT-1-406-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
4
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Lankosz Marek (Marek.Lankosz@fis.agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Dudała Joanna (dudala@fis.agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Lankosz Marek (Marek.Lankosz@fis.agh.edu.pl)
Module summary

Przedstawione zostaną własności jąder atomowych, modele jądra atomowego, reakcji jądrowych oraz zastosowania technologii jądrowych w medycynie, technice, ochronie środowiska oraz energetyce.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K003 Student rozumie wpływ fizyki jądrowej na rozwój nowoczesnych technologii przemysłowych i medycznych. Student rozumie społeczne, ekonomiczne i ekologiczne uwarunkowania energetyki jądrowej FT1A_K02, FT1A_K08 Participation in a discussion
Skills
M_U003 Student potrafi prowadzić obliczenia wielkości opisujących własności jąder pierwiastków, procesy rozpadów promieniotwórczych, indukowane przemiany jądrowe oraz stosować zasady zachowania i prawa opisujące oddziaływania. FT1A_U01, FT1A_U05 Activity during classes,
Test,
Execution of exercises
M_U004 Student używa odpowiednich relacji i parametrów do realizacji zadań inżynierskich z zakresu energetyki jądrowej i zastosowań technicznej fizyki jądrowej w badaniach materiałowych FT1A_U02, FT1A_U16 Activity during classes,
Test,
Execution of exercises
Knowledge
M_W003 Student posiada wiedzę o własnościach jąder atomowych, modelach jądrowych oraz rozpadach jąder nietrwałych. Student zna i rozumie mechanizmy reakcji jądrowych, oddziaływania promieniowania jądrowego z materią oraz detekcji promieniowania jądrowego. FT1A_W03, FT1A_W01 Activity during classes,
Examination,
Participation in a discussion
M_W005 Student posiada wiedzę o wykorzystaniu technologii jądrowych w badaniach materiałowych, ochronie dziedzictwa kulturowego oraz diagnostyce i terapii medycznej. Student zna i rozumie zespół zagadnień związanych z produkcją energii z zastosowaniem reakcji rozczepienia i syntezy jąder pierwiastków. FT1A_W02, FT1A_W10 Activity during classes,
Examination,
Participation in a discussion
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K003 Student rozumie wpływ fizyki jądrowej na rozwój nowoczesnych technologii przemysłowych i medycznych. Student rozumie społeczne, ekonomiczne i ekologiczne uwarunkowania energetyki jądrowej + + - - - - - - - - -
Skills
M_U003 Student potrafi prowadzić obliczenia wielkości opisujących własności jąder pierwiastków, procesy rozpadów promieniotwórczych, indukowane przemiany jądrowe oraz stosować zasady zachowania i prawa opisujące oddziaływania. - + - - - - - - - - -
M_U004 Student używa odpowiednich relacji i parametrów do realizacji zadań inżynierskich z zakresu energetyki jądrowej i zastosowań technicznej fizyki jądrowej w badaniach materiałowych - + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W003 Student posiada wiedzę o własnościach jąder atomowych, modelach jądrowych oraz rozpadach jąder nietrwałych. Student zna i rozumie mechanizmy reakcji jądrowych, oddziaływania promieniowania jądrowego z materią oraz detekcji promieniowania jądrowego. + - - - - - - - - - -
M_W005 Student posiada wiedzę o wykorzystaniu technologii jądrowych w badaniach materiałowych, ochronie dziedzictwa kulturowego oraz diagnostyce i terapii medycznej. Student zna i rozumie zespół zagadnień związanych z produkcją energii z zastosowaniem reakcji rozczepienia i syntezy jąder pierwiastków. + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Wielkości charakteryzujące jądra atomowe (3 godz.)

    Terminologia-definicje, masa, ładunek elektryczny, rozmiary i kształty jąder, metody wyznaczania mas jąder.
    Spin, magnetyczny moment dipolowy, elektryczny moment kwadrupolowy, izospin, parzystość.
    Stany podstawowe i wzbudzone. Hiperjądra

  2. Modele jądrowe (4 godz.)

    Ścieżka stabilności, abundancje, siły jądrowe, energia wiązania, liczby magiczne,
    Model kroplowy, model powłokowy, model kolektywny.

  3. Spontaniczne przemiany jądrowe (4 godz.)

    Zasady zachowania i zależności kinematyczne w rozpadach promieniotwórczych.
    Klasyfikacja przemian promieniotwórczych.
    Rozpad alfa, elementy teorii rozpadu alfa, widmo cząstek alfa, efekt tunelowy.
    Rozpad beta, elementy teorii rozpadu beta, neutrina, wychwyt elektronu, niezachowanie parystości w oddziaływaniach słabych.
    Rozpad gamma, izomeria jądrowa, reguły wyboru, efekt Mössbauera, konwersja wewnętrzna.
    Prawo rozpadu promieniotwórczego, czas życia, aktywność, rozpady sukcesywne, równowaga promieniotwórcza.
    Szeregi promieniotwórcze.

  4. Oddziaływanie promieniowania jądrowego z materią (3 godz.)

    Oddziaływanie promieniowania X i gamma z materią (absorpcja fotoelektryczna, rozproszenie. tworzenie par).
    Oddziaływanie cząstek naładowanych z materią (jonizacja, promieniowanie hamowania, rozpraszanie na jądrach i elektronach).
    Oddziaływanie neutronów z materią, transport neutronów.

  5. Fizyczne podstawy detekcji promieniowania jądrowego (2 godz.)

    Klasyfikacja detektorów.
    Detektory oparte na efekcie jonizacji.
    Detektory oparte na efektach optycznych.
    Detektory półprzewodnikowe.
    Detekcja neutronów.

  6. Reakcje jądrowe (3 godziny)

    Zasady zachowania, relacje kinematyczne, przekrój czynny. Oddziaływania nukleon-nukleon
    Modele reakcji jądrowych, reakcje przez jądro złożone, reakcje wprost, zderzenia ciężkich jąder
    Procesy spalacji. Uranowce i transuranowce.

  7. Energetyka jądrowa (4 godz.)

    Procesy rozczepienia ciężkich jąder, reakcja łańcuchowa.
    Reaktory jądrowe, energetyka jądrowa, składowanie odpadów promieniotwórczych.
    Procesy syntezy jądrowej, synteza jako źródło energii, reaktory termojądrowe, synergia energii.

  8. Dozymetria promieniowania jądrowego (1 godz.)

    Biologiczne oddziaływania promieniowania jonizującego.
    Dawki promieniowania.
    Podstawowe dozymetry i ich działanie.

  9. Wybrane zastosowania technik jądrowych (4 godz.)

    Radiometryczne metody kontroli jakości materiałów.
    Metody jądrowe w ochronie dziedzictwa kulturowego i archeologii.
    Techniki jądrowe w badaniu i eksploatacji zasobów mineralnych.
    Zastosowanie promieniowania jądrowego w diagnostyce i terapii medycznej.

Auditorium classes:
  1. Promień, masa i energia wiązania jąder (2 godz.)

    Student potrafi obliczyć gęstość materii jądrowej.
    Student potrafi obliczyć stężenie, liczbę jąder w próbce.
    Student potrafi wykorzystać dane tablicowe do obliczenia energii wiązania jąder.
    Student umie wykorzystać formułę półempiryczną (Weizsäckera) do obliczenia energii wiązania jąder.
    Student potrafi obliczyć energię wiązania ostatniego neutronu w jądrze.

  2. Prawo rozpadu promieniotwórczego (3 godz.)

    Student umie obliczyć stałą rozpadu, średni czas życia i czas połowicznego zaniku izotopu promieniotwórczego.
    Student potrafi obliczyć aktywność, aktywność właściwą i liczbę jąder promieniotwórczych.
    Student umie wykorzystać prawa rozpadu sukcesywnego do obliczenia aktywności substancji pochodnych oraz ilości produktów końcowych.
    Student umie wykorzystać prawo rozpadu promieniotwórczego do określenia wieku obiektów na podstawie stężenia izotopów promieniotwórczych i produktów ich rozpadu.

  3. Przemiany alfa, beta i gamma (2 godz.)

    Student umie zastosować zasady zachowania (energii i pędu) do obliczenia relacji kinetycznych w rozpadach alfa i beta.
    Student potrafi obliczyć energię odrzutu jądra w procesie absorpcji i emisji fotonu promieniowania gamma.

  4. Odziaływanie promieniowania jonizującego z materią (2 godz.)

    Student potrafi obliczyć zasięg i straty energii cząstek naładowanych w materii.
    Student umie wykorzystać zjawiska oddziaływania fotonów promieniowania gamma do obliczenia. przekrojów czynnych na absorpcję i rozpraszanie fotonów w materii.
    Student umie wykorzystać zjawiska oddziaływania neutronów z materią do obliczenia wielkości opisujących termalizację i transport neutronów.

  5. Reakcje jądrowe (3 godz.)

    Student potrafi obliczyć stosunki energetyczne w przebiegu reakcji.
    Student potrafi opisać i obliczyć relacje kinetyczne w reakcjach jądrowych.
    Student umie obliczać indukowaną aktywność napromienianej próbki (analiza aktywacyjna) oraz stężenie wzbudzonych jąder pierwiastka.

  6. Rozszczepienie i synteza jądrowa (2 godz.)

    Student potrafi obliczyć energię uwolnioną w rozszczepieniu ciężkich jąder pod wpływem neutronów.
    Student potrafi obliczyć ilość energii wydzielanej w reakcjach termojądrowych.
    Student potrafi obliczyć energię aktywacji jąder ulegających rozszczepieniu.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 87 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 30 h
Realization of independently performed tasks 32 h
Participation in auditorium classes 15 h
Preparation for classes 9 h
Examination or Final test 1 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Oceny z ćwiczeń audytoryjnych ( C ) oraz z egzaminu ( E ) obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Ocena końcowa ( OK ) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu (E) i z ćwiczeń audytoryjnych ( C ):
OK = 0.6 x E + 0.4 x C

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstawowych zagadnień z zakresu fizyki
Znajomość podstawowych zagadnień z zakresu mechaniki kwantowej

Recommended literature and teaching resources:

A. Strzłkowski, „Wstęp do fizyki jądra atomowego’ PWN, 1978
K.N.Muchin ,„ Doświadczalna fizyka jądrowa”, NWT, 2001
I.W.Sawielew, „Fizyka jądra atomowego i cząstek elementarnych”, PWN, 1998
B. Dziunikowski,”Zastosowanie izotopów promieniotwórczych”, Częśc I i II, Wydawnictwo AGH 1995
Irodov, “Zbiór zadań z fizyki atomowej i jądrowej”, PWN, 1976
Literatura uzupełniająca
G. Knoll,”Radiation detection and measurements”, John Wiley & Sons, 2000
Magdy M. Khalil, “Basic Sciences of Nuclear Medicine”, Springer,2010

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

M.Dumańska-Słowik, L.Natkaniec-Nowak, A.Wesełucha-Birczyńska, A.Gaweł, M.Lankosz, P.Wróbel
Agates from Sidi Rahal, in the Atlas Mountains of Morocco: Gemological Characteristics and Proposed Origin
Gems & Gemology, 49/3 (2013) 148-159
M.Czyżycki, P.Wróbel, M.Lankosz
Confocal X-ray fluorescence micro-spectroscopy experiment in tilted geometry
Spectrochimica Acta Part B, 97 (2014) 99–104
M.Czyżycki, D.Węgrzynek, P.Wróbel, M.Lankosz
Monte Carlo simulation code for confocal 3D micro-beam X-ray fluorescence analysis of stratifiedmaterials
X-Ray Spectrometry, 40 (2011) 88-95

Additional information:

Z uwagi na konieczność zapewnienia efektów kształcenia niezbędny jest egzamin pisemny.

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczenia audytoryjnych:
Nieobecność na jednych ćwiczeniach zajęciach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału. Nieobecność na więcej niż jednych ćwiczeniach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i jego zaliczenia w formie pisemnej w wyznaczonym przez prowadzącego terminie, lecz nie później niż w ostatnim tygodniu trwania zajęć. Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż dwa ćwiczenia i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości wyrównania zaległości.

Zasady zaliczania ćwiczeń audytoryjnych: podstawowym terminem uzyskania zaliczenia jest koniec zajęć w danym semestrze. Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczania. Drugi termin zaliczenia musi być przed trzecim terminem egzaminu. Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż dwa zajęcia i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne, może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości poprawkowego zaliczania zajęć. Od takiej decyzji prowadzącego zajęcia student może się odwołać do prowadzącego przedmiot (moduł) lub Dziekana.

Warunkiem przystąpienie do egzaminu jest wcześniejsze uzyskanie zaliczenia z ćwiczeń audytoryjnych.