Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią
Tok studiów:
2017/2018
Kod:
JFT-1-607-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Techniczna
Semestr:
6
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. inż, prof. AGH Szumlak Tomasz (szumlak@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr hab. inż, prof. AGH Szumlak Tomasz (szumlak@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Przedmiot dotyczy wstępu do fizyki procesów oddziaływania cząstek z materią. Zawiera wstęp fizyczny, który zostanie omówiony na ćwiczeniach tablicowych i laboratoriach komputerowych.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
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 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Udział w dyskusji
M_W002 Student zna i rozumie zarówno metodykę jak i aparaturę stosowaną do detekcji promieniowania jonizującego FT1A_W08, FT1A_W10 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
Umiejętności
M_U001 Student potrafi dokonać analizy statystycznej zjawisk związanych z oddziaływaniem promieniowania z materią FT1A_U01, FT1A_U02 Wykonanie ćwiczeń
M_U002 Student potrafi zidentyfikować wszystkie elementy toru pomiarowego oraz zaplanować proste eksperymenty fizyczne związane z detekcją cząstek FT1A_U01, FT1A_U05 Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie projektu
M_U003 Student zdobywa umiejętność posługiwania się oprogramowaniem do symulowania zjawisk oddziaływania cząstek z materią GEANT4 FT1A_U01, FT1A_U02 Udział w dyskusji,
Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń
M_U004 Student potrafi dokonać analizy wyników symulacji przy użyciu środowiska ROOT FT1A_U01, FT1A_U02 Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń
M_U005 Student nabywa umiejętności pracy i oddziaływania z grupą FT1A_U08, FT1A_U09 Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi wykonać i omówić wyniki własnej pracy w formie prezentacji FT1A_K03, FT1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Wykonanie projektu,
Wykonanie ćwiczeń
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
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 + - - - - - - - - - -
Umiejętności
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 - - + + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi wykonać i omówić wyniki własnej pracy w formie prezentacji - - + + - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  1. 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.

  2. Źródła Promieniowania

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

  3. 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.

  4. 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.

  5. Wybrane Zagadnienia Detekcji Promieniowania

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

  6. Eksperymenty Fizyczne

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

  7. Symulacje Oddziaływania Promieniowania z Materią

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

  8. Tory Pomiarowe

    Opis jakościowy prostych torów pomiarowych stosowanych do detekcji promieniowania.

Ćwiczenia audytoryjne:
  1. 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

  2. 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)

  3. Metody Statystyczne II

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

Ćwiczenia laboratoryjne:
  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

Ćwiczenia projektowe:
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

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 119 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 18 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 16 godz
Udział w ćwiczeniach audytoryjnych 9 godz
Przygotowanie do zajęć 36 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 9 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem 10 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 10 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 1 godz
Udział w ćwiczeniach projektowych 10 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

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

Wymagania wstępne i dodatkowe:

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

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

• 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)

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

B. Aaij et al., (M. Firlej, T. Fiutowski, M.Idzik, P. Morawski, J. Moron, A.Obłąkowska-Mucha, K. Świentek,T.Szumlak) LHCb Collaboration
First observation and measurement of the branching fraction for the decay B0s → D*-/s K±.
JHEP 6 (2015) 130, 1-16
B. Aaij et al., (M. Firlej, T. Fiutowski, M.Idzik, P. Morawski, J. Moron, A.Obłąkowska-Mucha, K. Świentek,T.Szumlak) LHCb Collaboration
Measurement of CP violation parameters and polarization fractions in B0s → J/ψ K*0 decays.
JHEP11 (2015) 082, 1-38
B. Aaij et al., (M. Firlej, T. Fiutowski, M.Idzik, P. Morawski, J. Moron, A.Obłąkowska-Mucha, K. Świentek,T.Szumlak), LHCb Collaboration
Measurement of CP violation in B0s→ J/ψ K0s decays.
R. Aaij (B.Muryn, A.Obłąkowska-Mucha, K. Senderowska, T.Szumlak) LHCb Collaboration
First observation of the decay B0S→ D0K*0 and a measurement of the ratio of branching fractions B(B0S→ D0K*0)/B( B0→ D0 ρ0).
Phys.Lett.B706:32-39,2011.
R. Aaij (B.Muryn, A.Obłąkowska-Mucha, K. Senderowska, T.Szumlak) LHCb Collaboration
Measurement of the CP violating phase φs in bar-Bs0→J/ψ f0(980).
Phys.LettB 707(2012)497-505
B. Aaij et al., (B.Muryn, A.Obłąkowska-Mucha, K.Senderowska, T.Szumlak) LHCb Collaboration
A model-independent Dalitz plot analysis of B± → D± with D→K0s hh- (h= π K) decays and constraints on the CKM angle γ..
Phys.Lett.B718 (2012) 43-55

Informacje dodatkowe:

Przedmiot ten realizowany jest jako część bloku związanego z fizyką cząstek elementarnych i systemów detekcji. Liczba spotkań poświęconych na ćwiczenia audytoryjnych oraz laboratoryjnych jest mała – w przypadku braków należy skontaktować się z prowadzącymi zajęcia.