Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Podstawy fizyki i techniki jądrowej
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-1-406-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
4
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
dr inż. Ciechanowski Marek (marekc@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr Bolewski Andrzej (bolewski@fis.agh.edu.pl)
dr inż. Ciechanowski Marek (marekc@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Student ma okazję zapoznania się z podstawami fizyki jądrowej oraz praktycznym zastosowaniem jej osiągnięć.

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 Ma podstawową wiedzę o różnych rodzajach promieniowania Egzamin,
Kolokwium
M_W002 Ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą podstaw fizycznych wybranych jądrowych metod pomiarowych oraz możliwości ich wykorzystania w różnych obszarach ludzkiej aktywności Egzamin,
Kolokwium
Umiejętności
M_U001 Potrafi wykonać typowe pomiary z zakresu techniki jądrowej, przeprowadzić analizę danych doświadczalnych z uwzględnieniem oceny niepewności uzyskanych wyników oraz napisać sprawozdanie z wykonanej pracy Egzamin,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Potrafi dobrać właściwą metodę pomiaru z zależności od rozwiązywanego problemu Egzamin,
Kolokwium
M_U003 Potrafi rozwiązywać typowe zadania z zakresu podstaw fizyki jądrowej Egzamin,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne
M_K001 Potrafi pracować indywidualnie i w zespole Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_K002 Rozumie potrzebę współpracy specjalistów z różnych obszarów nauki przy rozwijaniu i stosowaniu zaawansowanych technologicznie metod diagnostyki i terapii medycznej Egzamin
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 Ma podstawową wiedzę o różnych rodzajach promieniowania + + + - - - - - - - -
M_W002 Ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą podstaw fizycznych wybranych jądrowych metod pomiarowych oraz możliwości ich wykorzystania w różnych obszarach ludzkiej aktywności + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi wykonać typowe pomiary z zakresu techniki jądrowej, przeprowadzić analizę danych doświadczalnych z uwzględnieniem oceny niepewności uzyskanych wyników oraz napisać sprawozdanie z wykonanej pracy + - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi dobrać właściwą metodę pomiaru z zależności od rozwiązywanego problemu + - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi rozwiązywać typowe zadania z zakresu podstaw fizyki jądrowej + + - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Potrafi pracować indywidualnie i w zespole - + + - - - - - - - -
M_K002 Rozumie potrzebę współpracy specjalistów z różnych obszarów nauki przy rozwijaniu i stosowaniu zaawansowanych technologicznie metod diagnostyki i terapii medycznej + - - - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
Wykład

• Wprowadzenie: zakres merytoryczny przedmiotu, uwagi o strukturze materii, zarys historii fizyki jądrowej: odkrycie promieniotwórczości, odkrycie jądra atomowego, odkrycie neutronu, odkrycie zjawiska rozszczepienia jąder atomowych.
• Własności jąder atomowych: skład, ładunek, momenty elektromagnetyczne, rozmiary, masa, siły jądrowe, energia wiązania, stabilność jąder, stany wzbudzone jąder.
• Spontaniczne przemiany jąder atomowych: rozpady alfa i beta, emisja promieniowania gamma, konwersja wewnętrzna, spontaniczne rozszczepienie; zjawiska atomowe następujące po przemianach jądrowych, statystyczne prawo rozpadu promieniotwórczego, rozpady sukcesywne, promieniotwórczość naturalna.
• Model kroplowy jądra.
• Model powłokowy jądra. Hiperjądra.
• Model kolektywny, jądra zdeformowane.
• Gazowy model Fermiego.
• Przekroje czynne.
• Identyfikacja cząstek. Wydajność i zdolność rozdzielcza detektorów.
• Akceleratory cząstek.
• Produkcja energii. Fuzja, rozszczepienie.

Ćwiczenia audytoryjne:
Ćwiczenia audytoryjne

Ze względu na skrajnie mały wymiar godzin kontaktowych dużą wagę przypisuje się samodzielnej pracy studentów. Prowadzący zadaje studentom, z odpowiednim wyprzedzeniem, stosunkowo dużo zadań do samodzielnego rozwiązania (w sumie około 50), z których tylko część może być przedyskutowana na zajęciach. Kontroli pracy domowej służą krótkie sprawdziany przeprowadzane na wszystkich pięciu zajęciach. Na ćwiczeniach powinny być analizowane zadania typowe oraz wskazane przez studentów jako trudne. Przy wystawianiu oceny brane są pod uwagę wyniki sprawdzianów oraz aktywność na zajęciach.
Tematyka zadań:
• Energia wiązania jąder
• Analiza reakcji jądrowych z punktu widzenia zasad zachowania
• Naturalna i sztuczna promieniotwórczość oraz różne zastosowania pomiarów promieniotwórczości
• Mechanizmy oddziaływania promieniowania z materią
• Zasięgi różnych rodzajów promieniowania w określonych materiałach
• Osłony przed promieniowaniem
• Obliczanie dawek ekspozycyjnych i pochłoniętych

Efekty kształcenia:
• Wyrobienie u studenta nawyku do ilościowego analizowania zjawisk zachodzących w skali atomowej i subatomowej
• Student potrafi rozwiązywać typowe proste zadania z wybranych obszarów fizyki jądrowej
• Student ma świadomość różnicy korzyści pomiędzy samodzielnym rozwiązywaniem zadań a przyglądaniem się jak to robią inni
• Student jest „oswojony” ze skalą zjawisk subatomowych

Ćwiczenia laboratoryjne:
Ćwiczenia laboratoryjne

Ćwiczenia są prowadzone w Studenckiej Pracowni Radiometrii. Studenci wykonują ćwiczenia w zespołach dwuosobowych. Liczba zespołów wykonujących równocześnie ćwiczenia nie powinna być większa od pięciu. Studenci powinni przychodzić na zajęcia z napisaną częścią teoretyczną sprawozdania. Przygotowanie teoretyczne do ćwiczeń jest sprawdzane losowo przez osobę prowadzącą zajęcia. Po wykonaniu pomiarów studenci przedstawiają uzyskane wyniki osobie prowadzącej. Sprawozdania z opracowanymi wynikami pomiarów studenci oddają na kolejnych zajęciach. Zaliczenie danego ćwiczenia następuje z chwilą zaakceptowania sprawozdania przez osobę prowadzącą. Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest zaliczenie wszystkich ćwiczeń przewidzianych programem. Przy wystawianiu oceny bierze się pod uwagę przygotowanie teoretyczne do ćwiczeń, rzetelność w wykonywaniu pomiarów oraz jakość sprawozdań.
Program ćwiczeń:
• Wprowadzenie (2 godz.): regulamin Pracowni, zasady postępowania ze źródłami promieniotwórczymi (studenci podpisuję oświadczenia o odbyciu przeszkolenia), sprawy organizacyjne (podział grupy na zespoły dwuosobowe i określenie dla każdego z nich harmonogramu zajęć)
• Wykonanie pięciu następujących ćwiczeń (5 × 3 godz):
– Statystyczny charakter rozpadów promieniotwórczych,
– Spektrometr gamma z detektorem półprzewodnikowym,
– Rentgenowska analiza fluorescencyjna (XRF),
– badanie układu koincydencyjnego,
– Oznaczanie zawartości manganu metodą aktywacyjną.
• Odrabianie zaległości i zaliczanie ćwiczeń (3 godz.)
Efekty kształcenia:
• Student rozumie statystyczny charakter procesów jądrowych i potrafi oceniać związaną z tym niepewność wyników pomiarów
• Student potrafi właściwie postępować ze źródłami promieniowania
• Student potrafi przeanalizować wyniki pomiarów i napisać sprawozdanie z wykonanego eksperymentu
• Student potrafi posłużyć się typowymi przyrządami fizyki jądrowej, takimi jak detektory promieniowania, zasilacze, analizatory jednokanałowe i wielokanałowe impulsów czy też układy koincydencyjne i antykoincydencyjne
• Student ma wiedzę o podstawach fizycznych i możliwościach zastosowań rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej i neutronowej analizy aktywacyjnej
• Student czuje „smak” badań doświadczalnych
• Student ma świadomość ponoszenia osobistej odpowiedzialności za wyniki pracy zespołowej

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 162 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Udział w ćwiczeniach audytoryjnych 15 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 35 godz
Przygotowanie do zajęć 40 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 20 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Oceny z ćwiczeń audytoryjnych ©, laboratoryjnych(L) oraz z egzaminu (E) są ustalane zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu, z ćwiczeń audytoryjnych oraz ćwiczeń laboratoryjnych: OK = 0,7 x E + 0,15 x L + 0,15 x C

Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej (OK) wymaga otrzymania zaliczenia z laboratoriów (L), z ćwiczeń audytoryjnych © oraz pozytywnej oceny z egzaminu(E).
Nieuzyskanie zaliczenia z laboratoriów lub ćwiczeń audytoryjnych na czas, skutkuje utratą terminu egzaminu, co jest równoznaczne z uwzględnieniem czynnika 2.0 dla pierwszego terminu w poniższych wzorach (patrz wyliczenia poniżej).

Ocena wyliczana po zaliczeniu w drugim terminie egzaminu:
W2 = 0.3*(pierwszy termin)0.7*(drugi termin)
Ocena wyliczana po zaliczeniu w trzecim terminie egzaminu:
W3 = 0.2*(pierwszy termin)0.3*(drugi termin)+0.5*(trzeci termin)

Wymagania wstępne i dodatkowe:

• Znajomość podstaw fizyki klasycznej i współczesnej
• Umiejętność posługiwania się podstawowym aparatem matematycznym niezbędnym w
naukach fizycznych
• Znajomość metodyki rozwiązywania zadań z fizyki ogólnej
• Brak przeciwwskazań do pracy ze źródłami promieniowania jądrowego (dotyczy ćwiczeń laboratoryjnych)

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1) B. Dziunikowski, O fizyce i energii jądrowej, Wyd. AGH, 2001
2) B. Dziunikowski, Zastosowania izotopów promieniotwórczych, Cz.1 i 2, Wyd.
AGH, 1995 i 1998
3) G. Knoll, Radiation Detection and Measurements, John Wiley & Sons, 2010
4) B. Dziunikowski, S.J. Kalita, Ćwiczenia laboratoryjne z jądrowych metod
pomiarowych, Wyd. AGH, 1995
5) A.Strzałkowski, Wstęp do fizyki jądra atomowego, PWN, 1978
6) T.Mayer-Kuckuk, Fizyka jądrowa, PWN, 1987

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Wybrane publikacje:
1 K.Burda, K.P. Bader, G.H. Schmid (2003) 18O isotope effect in the photosynthetic water splitting
process, Biochim. Biophys. Acta 1557: 77-82
2 K.Burda and O.Kruse (2007) Moessbauer spectroscopy studies on tocopherols in: The
Encyclopedia of Vitamin E (eds. V.R.Preedy and R.R.Watson), CABI Publishing, London, U.K.,
pp.53-69
3 K.Dziedzic-Kocurek, J.Stanek, K.Burda (2008) Dynamics of Iron in Fe-porphyrin Aggregates
Studied by X-ray Absorption and Mössbauer. Hyp. Int. 185, 87-93
4 A. Jamrozik, M. Mazurkiewicz, A. Małolepszy, L. Stobiński, K. Matlak, J. Korecki,
K.J.Kurzydłowski, K. Burda (2010) The Moessbauer spectroscopy analysis of iron compounds in
carboxylated mutliwall carbon nanotubes and their ammonium salt. Physica Status Solidi A –
Applications and Materials Science 208, 1783-1786
5 M. Kaczmarska, Z. Kopyścińska, M. Fornal, T. Grodzicki, K. Matlak, J. Korecki, K.Burda, (2011)
Influence of low doses of gamma rays on the stability of erythrocytes, Acta Biochimica Polonica. 58,
489-496
6 K. Niemiec, M. Kaczmarska, M. Buczkowski, M. Fornal, W. Pohorecki, K. Matlak, J. Korecki, T. Grodzicki and K. Burda.(2011) Moessbauer studies of hemoglobin in erythrocytes exposed to neutron radiation, Hyperfine Interactions, DOI 10.1007/s10751-011-0491-5, pp.1-6

Informacje dodatkowe:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczeniach audytoryjnych:
W przypadku nieobecności na ćwiczeniach audytoryjnych wymaga się od studenta
samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i zaliczenia go w
wyznaczonym przez prowadzącego terminie, lecz nie później jak w ostatnim tygodniu trwania zajęć. Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 20% zajęć i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego, możliwości wyrównania zaległości.
Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia z ćwiczeń audytoryjnych jest koniec zajęć w
danym semestrze. Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczania.
Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 20% zajęć 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 Dziekana.

Sposób wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczeniach
laboratoryjnych:
Pod koniec semestru przewidziany jest dodatkowy termin ćwiczeń (ogłaszany 2 tygodnie
wcześniej na tablicy ogłoszeń i przez prowadzących), w którym można wykonać pomiary, których student z przyczyn losowych nie mógł wykonać w pierwotnym terminie. Student może wówczas odrabiać ćwiczenia po uprzednim otrzymaniu zgody prowadzącego zajęcia w jego grupie oraz po uzyskaniu pozytywnej oceny z przygotowania teoretycznego potwierdzonej wpisem doprotokołu.
Warunkiem zaliczenia zajęć laboratoryjnych jest zaliczenie wszystkich przypisanych studentowi ćwiczeń.
Warunki zaliczenia pojedynczego ćwiczenia są następujące:
- uzyskanie pozytywnej oceny z przygotowania teoretycznego,
- poprawne wykonanie pomiarów,
- przedstawienie akceptowalnego sprawozdania z opracowaniem wyników.

Warunkiem przystąpienie do egzaminu jest wcześniejsze uzyskanie zaliczeń z ćwiczeń audytoryjnych i laboratoryjnych.