Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią
Course of study:
2016/2017
Code:
JFT-1-607-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
6
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż, prof. AGH Szumlak Tomasz (szumlak@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż, prof. AGH Szumlak Tomasz (szumlak@agh.edu.pl)
Module summary

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_K001 Student potrafi wykonać i omówić wyniki własnej pracy w formie prezentacji FT1A_K03, FT1A_K01 Activity during classes,
Execution of a project,
Execution of exercises
Skills
M_U001 Student potrafi dokonać analizy statystycznej zjawisk związanych z oddziaływaniem promieniowania z materią FT1A_U02, FT1A_U01 Execution of exercises
M_U002 Student potrafi zidentyfikować wszystkie elementy toru pomiarowego oraz zaplanować proste eksperymenty fizyczne związane z detekcją cząstek FT1A_U01, FT1A_U05 Execution of exercises,
Execution of a project
M_U003 Student zdobywa umiejętność posługiwania się oprogramowaniem do symulowania zjawisk oddziaływania cząstek z materią GEANT4 FT1A_U02, FT1A_U01 Participation in a discussion,
Execution of a project,
Execution of exercises
M_U004 Student potrafi dokonać analizy wyników symulacji przy użyciu środowiska ROOT FT1A_U02, FT1A_U01 Execution of a project,
Execution of exercises
M_U005 Student nabywa umiejętności pracy i oddziaływania z grupą FT1A_U08, FT1A_U09 Execution of a project,
Execution of exercises
Knowledge
M_W001 Student zna różne rodzaje oraz źródła promieniowania jonizującego i mechanizmy fizyczne jego oddziaływania z materią oraz rozumie ich kwantowy charakter FT1A_W03, FT1A_W01 Activity during classes,
Examination,
Participation in a discussion
M_W002 Student zna i rozumie zarówno metodykę jak i aparaturę stosowaną do detekcji promieniowania jonizującego FT1A_W08, FT1A_W10 Activity during classes,
Examination,
Participation in a discussion,
Execution of exercises
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_K001 Student potrafi wykonać i omówić wyniki własnej pracy w formie prezentacji - - + + - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi dokonać analizy statystycznej zjawisk związanych z oddziaływaniem promieniowania z materią - + - - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zidentyfikować wszystkie elementy toru pomiarowego oraz zaplanować proste eksperymenty fizyczne związane z detekcją cząstek - + - - - - - - - - -
M_U003 Student zdobywa umiejętność posługiwania się oprogramowaniem do symulowania zjawisk oddziaływania cząstek z materią GEANT4 - - + + - - - - - - -
M_U004 Student potrafi dokonać analizy wyników symulacji przy użyciu środowiska ROOT - - + + - - - - - - -
M_U005 Student nabywa umiejętności pracy i oddziaływania z grupą - - + + - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna różne rodzaje oraz źródła promieniowania jonizującego i mechanizmy fizyczne jego oddziaływania z materią oraz rozumie ich kwantowy charakter + - - - - - - - - - -
M_W002 Student zna i rozumie zarówno metodykę jak i aparaturę stosowaną do detekcji promieniowania jonizującego + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Metody Statystyczne

    Metody statystyczne używane do opisu i charakterystyki danych eksperymentalnych. Budowanie i używanie modeli statystycznych. Techniki szacowania niepewności pomiarowych i optymalizacja eksperymentów typu zliczeniowego. Granice czułości detekcji.

  2. Symulacje Oddziaływania Promieniowania z Materią

    Znaczenie symulacji w eksperymentach fizycznych związanych z detekcją promieniowania jonizującego na przykładzie pakietu GEANT4 (oprogramowanie typu Freeware – licencja LGPL)

  3. Zagadnienia Wstępne

    Podstawowe informacje dotyczące charakterystycznych skal oraz jednostek używanych do opisu zjawisk związanych z oddziaływaniem cząstek promieniowania z materią. Wprowadzone zostaną takie pojęcia jak stałe sprzężenia oddziaływań, przekrój czynny (różniczkowy) oraz droga swobodna, amplitudy rozpraszania, analiza fal cząstkowych.

  4. Źródła Promieniowania

    Źródła promieniowania i ich podział. Akceleratory jako źródła cząstek wysokoenergetycznych. Eksperymenty fizyki wysokich energii.

  5. Tory Pomiarowe

    Opis jakościowy prostych torów pomiarowych stosowanych do detekcji promieniowania.

  6. Eksperymenty Fizyczne

    Zastosowanie oddziaływania promieniowania z materią do eksperymentów fizycznych. Pomiary: energii, pomiary położenia i pędu oraz czasu przelotu i prędkości cząstek.

  7. Wybrane Zagadnienia Detekcji Promieniowania

    Ogólne właściwości detektorów używanych do badania zjawisk promieniowania. Uproszczone modele detektorów

  8. Mechanizmy Oddziaływania

    Rozproszenie i jonizacja. Procesy elastyczne – rozpraszanie pojedyncze i wielokrotne, opis maksymalnych przekazów energii i pędu, ‘delta rays’. Jonizacyjne straty energii, cząstki minimalnie jonizujące (MIP). Formuła Bethe’go opisująca średnie straty energii cząstek naładowanych. Zależność strat energii w funkcji prędkości oraz poprawki relatywistyczne. Fluktuacje strat energii – ‘energy straggling’. Energia krytyczna. Bremsstrahlung i kreacja par. Promieniowanie Czerenkowa i promieniowanie przejścia.

Auditorium classes:
  1. Metody Statystyczne I

    - Student potrafi opisać zbiory danych, z jakimi możemy spotkać się przy eksperymentach związanych z detekcją promieniowania, umie posługiwać się typowymi dla tej dziedziny wiedzy modelami statystycznymi (rozkład dwumienny, Poissona i Gaussa)
    - Student potrafi rozwiązywać typowe problemy związane z estymatorami używanymi do opisu zbiorów danych (wyznaczenie precyzji pojedynczego pomiaru, granica detekcji)

  2. Zagadnienia Podstawowe

    - Student potrafi wykonać proste obliczenia związane z zamianą jednostek układu SI do układu naturalnego stosowanego do opisu oddziaływania promieniowania z materią, rozumie skale stosowane do opisu zjawisk kwantowe
    - Student potrafi posługiwać się prostymi równaniami różniczkowymi, które można zastosować, na przykład, do opisu czasu życia izotopów promieniotwórczych, absorpcji promieniowania oraz średniej drogi swobodnej

  3. Metody Statystyczne II

    - Student zapoznaje się z technikami rozwiązywania prostych zagadnień związanych z rozdzielczością pomiaru energii, wydajnością detekcji, czasem martwym detektora

Laboratory classes:
  1. Wstęp

    - Student potrafi uruchomić oprogramowanie i wygenerować próbkę danych symulacyjnych

  2. Detektory Pozycjoczułe

    - Student potrafi, używając danych symulowanych, uzyskać sygnał z detektora krzemowego
    - Student potrafi przeprowadzić analizę uzyskanej odpowiedzi detektora w funkcji parametrów elementu czynnego (sensora) oraz parametrów wygenerowanych cząstek (energia, kąta padania)

  3. Kalorymetry

    - Student potrafi uzyskać symulowany sygnał z kalorymetrów elektromagnetycznych i hydronowych oraz przeprowadzić dyskusję uzyskanych wyników

Project classes:
Symulowany Eksperyment Fizyczny

Studenci realizują projekty praktyczne w zespołach. Każdy zespół otrzymuje do wykonania inny, przydzielony projekt. W ramach projektu należy rozwiązać i przedyskutować prosty problem związany z wirtualnym eksperymentem fizycznym dotyczącym oddziaływania promieniowania jonizującego z materią. Rozwiązanie to zostanie przedstawione na forum grupy.
- Student potrafi przeanalizować i rozwiązać problem dotyczący symulacji oddziaływania promieniowania z materią
- Student potrafi opracować uzyskane wyniki i przedstawić je do dyskusji na forum grupy

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 119 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Participation in lectures 18 h
Realization of independently performed tasks 16 h
Participation in auditorium classes 9 h
Preparation for classes 36 h
Participation in laboratory classes 9 h
Contact hours 10 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 10 h
Examination or Final test 1 h
Participation in project classes 10 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Oceny z ćwiczeń rachunkowych © 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), ćwiczeń rachunkowych © oraz z projektu:
OK = 0,5 x E + 0,2 x C + 0,3 x P

Prerequisites and additional requirements:

• Umiejętność programowania w języku Python/C++
• Znajomość podstaw rachunku różniczkowego i całkowego

Recommended literature and teaching resources:

• G. F. Knoll, Radiation Detection and Measurement, Wiley, 2010
• D.H.Perkins, Wstęp do fizyki wysokich energii, PWN, 2004
• Particle Physics Booklet, PDG, 2010 (http://pdg.lbl.gov)

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

Additional scientific publications not specified

Additional information:

Przedmiot ten realizowany jest jako część bloku związanego z fizyką cząstek elementarnych i systemów detekcji.