Предисловие 1 разработана и внесена - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Предисловие 1 разработана и внесена - страница №1/1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ТИПОВАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
VIV 4303 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ

(код и наименование дисциплины)


5В060500 – Ядерная физика

(код и наименование специальности)

объем 3 кредита

Алматы, 2012



Предисловие

1 РАЗРАБОТАНА И ВНЕСЕНА

Казахским национальным университетом имени аль-Фараби

Кусаинов А.С., канд. тех. наук, PhD, старший преподаватель

(название организации образования – составителя(ей) типовой программы




2 РЕЦЕНЗЕНТЫ

Кошеров Т.С. д.ф.м.н., проф., Казахский Национальный Технический Университет им. К.И..Стапаева, Юшков А.В., д.ф.м.н., проф. Казахский Национальный Университет им. аль-Фараби.____________________________

(ф.и.о., ученая степень, звание, название организации)


3 УТВЕРЖДЕНА И ВВЕДЕНА В ДЕЙСТВИЕ приказом

Министерства образования и науки Республики Казахстан

от «___»__________20___года №____

4 Типовая учебная программа разработана в соответствии с государственным общеобязательным стандартом образования

специальностей

5В060500 – Ядерная физика

(наименование специальности)



5 РАССМОТРЕНА на заседании Республиканского Учебно-

методического совета от «___» _________20___года Протокол №___



ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дисциплина является углубленным изучением обширного раздела экспериментальной и ядерной физики посвященной взаимодействию излучения с веществом. При этом под излучением понимается как поток частиц с ярко выраженными волновыми свойствами т.е. фотонов, гамма-квантов, так и частиц общепринятой корпускулярной природы, протонов, нейтронов, электронов, альфа-частиц, нейтрино, других легких и тяжелых ядер, элементарных частиц и их кластеров, проявляющих свою природу, а также природу вещества-мишени в процессе взаимодействия с ней.

Дисциплина дает как описание и анализ основных инструментов познания мира в ядерной физике, т.е. излучения и потоков частиц различной природы, так и свод подавляющего большинства экспериментальных и теоретических знаний полученных в результате применения этого инструмента, т.е. данные по сечениям рассеяния, о продуктах ядерных реакций и т.д. Дисциплина является профилирующей в образовательном процессе будущего физика и инженера ядерщика.

Успешное освоение дисциплины “Взаимодействие излучения с веществом” полагает предварительное изучение студентами таких обязательных дисциплин как основы математического анализа и дифференциального исчисления, полный курс общей физики, включая механику, молекулярную физику, электричество и магнетизм, оптику и атомную физику, а также квантовую механику.

Дисциплина читается параллельно с дисциплиной «Физика атомного ядра и элементарных частиц». Помимо этого, выполнение некоторых лабораторных работ по дисциплине, полагает владение студентом средствами и методами автоматизированной обработки данных, а также элементами программирования с использованием основных алгоритмических языков.

Знания и умения, полученные студентами при усвоении дисциплины, являются необходимыми для дальнейшего обучения в магистратуре, научной и преподавательской деятельности.

После изучения дисциплины «Взаимодействие излучения с веществом» студенты должны знать:

-основные законы и механизмы взаимодействия излучения, заряженных частиц, гамм-квантов и нейтрино с веществом,

-владеть необходимыми теоретическими знаниями для понимания задач и проблем возникающих в результате взаимодействия излучения, гамма-квантов и частиц с веществом,

-знать как приборы и инструменты для генерации частиц так и устройства для их регистрации.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ


  • Общая характеристика взаимодействия заряженных частиц, нейтронов и γ-квантов с веществом.

  • Ионизационное торможение заряженных частиц.

  • Упругое рассеяние частиц.

  • Тормозное излучение. Синхротронное излучении. Излучение Вавилова—Черенкова. Переходное излучение

  • Взаимодействие нейтронов с веществом.

  • Взаимодействие γ-излучения с веществом.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение

Цель преподавания дисциплины - формирование знаний о физике взаимодействия заряженных частиц, нейтронов, гамма квантов и нейтрино с веществом, для дальнейшего использования этих знаний при работе в различных областях науки, техники и медицины.

Задачи преподавания и изучения дисциплины реализуются в следующих формах деятельности:


  • получение необходимых теоретических знаний в результате прослушивания и усвоения курса лекций и их использование при решении практических задач, решения задач на семинаре, выполнении домашних работ, написании рефератов и курсовых работ;

  • активизация познавательной деятельности студентов и приобретения ими навыков решения практических и проблемных задач посредством выполнения лабораторных работ

Контроль за выполнением задач и достижением поставленных целей осуществляется в форме текущего контроля за деятельностью студентов на лекционных и практических занятиях в виде проверки самостоятельных работ студента, проведении коллоквиумов, и в других устных и письменных формах оценки степени усвоения материала, а также в виде рубежного контроля, который включает письменные или устные задания, и экзамены, которые проводятся в сроки и в форме оговоренные академической политикой университета;

Теория и эксперимент по изучению взаимодействие с атомами вещества заряженных частиц, нейтронов, гамма квантов и нейтрино является как объектом изучения данной дисциплины так и ее методами реализуемыми в процессе решения поставленных задач.

Дисциплина «Взаимодействие излучения с веществом» является интегральной частью комплекса дисциплин и спецкурсов экспериментальной и теоретической ядерной физики и читается одновременно с курсом «Физика атомного ядра и элементарных частиц».

Краткий исторический очерк развития науки дисциплины, отражающий ее основные этапы.

При прохождении через вещество частицы взаимодействуют с атомами, из которых оно состоит, т. е. с электронами и атомными ядрами (или нуклонами ядра). Всего известно четыре вида взаимодействия, в которых могут участвовать частицы: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Исторически гравитационное и электромагнитное взаимодействие были известны задолго до исследований слабого и сильного взаимодействия.

Открытие в 1895 г. катодных и рентгеновских лучей и в 1896 г. естественной радиоактивности показало, что в устройстве атомов всех элементов есть что-то общее. Все они, например, содержат и при известных условиях могут испускать электроны, а самые тяжелые из них обладают свойствами α, β, и γ радиоактивности.

В 1904 г. английский физик Томсон предложил первую модель атома, согласно которой атом представляет собой положительно заряженный шар со взвешенными внутри него электронами. Эта модель казалась более или менее удовлетворительной до тех пор, пока в 1909 г. она не вступила в противоречие с результатами опытов по изучению рассеяния α-частиц на тонких металлических фольгах. В этих опытах было обнаружено, что наряду с рассеянием на малые углы, которое соответствует расчетам кулоновского взаимодействия α-частиц с атомом типа атома Томсона, в некоторых случаях α -частицы испытывают рассеяние на очень большие углы (больше 90°). Для объяснения такого рассеяния модель Томсона абсолютно непригодна.

В 1911г. Резерфорд предложил новую модель атома, согласно которой атом представляет собой центральное положительно заряженное ядро очень малых размеров с распределенными вокруг него на относительно

больших расстояниях электронами. Так как масса электронов очень мала, то вся масса атома практически сосредоточена в ядре. Ядерная модель атома прекрасно объясняет результаты опытов по изучению рассеяния α-частиц и являлась крупным шагом вперед на пути к познанию строения материи.

В 1926 г., Гейзенберг и Шредингер предложили совершенно новый подход к описанию микромира, получивший название квантовой механики. Согласно квантовой механике при рассмотрении движения электронов и других микрочастиц нельзя говорить об их траектории, так как нельзя одновременно точно знать положение и скорость частицы. Квантовая механика не только подтвердила все результаты теории Бора, но и объяснила,

почему атом не излучает в стационарном состоянии, а также позволила подсчитать интенсивности спектральных линий. Кроме того, квантовая механика дала объяснение совершенно непонятному с точки зрения классической физики явлению дифракции электронов

В 1931 г. Паули теоретически предсказал существование еще одной частицы — нейтрино v. Это нейтральная частица со полуцелым спином и массой, много меньшей массы электрона (или равной нулю).

В начале 30-х годов. Ван-де-Грааф изобрел электростатический генератор, Лоуренс—циклотрон, а Кокрофт и Уолтон-каскадную ускорительную трубку. Развитие ускорительной техники позволило физикам взяться за решение труднейшей задачи ядерной физики-изучение

проблемы ядерных сил.
Основная часть
Общая характеристика взаимодействия заряженных частиц, нейтронов и γ-квантов с веществом.

Виды взаимодействия. Радиус, сечение и переносчики взаимодействия. Примеры реакций и других механизмом проявления и наблюдения взаимодействий.


Ионизационное торможение заряженных частиц.

Формула Бора для удельной ионизации. Ионизационные потери и ионизационный пробег. Учет релятивистских эффектов и эффекта плотности. Зависимость ионизационных потерь от среды. Связь пробега с энергией. Монополь Дирака.


Упругое рассеяние частиц.

Классическая и квантовомеханическая интерпретация упругого рассеяния. Импульсная диаграмма рассеяния в системе центра масс и лабораторной система отсчета. Формула Резерфорда. Дифференциальное эффективное сечение рассеяния Понятие о формулах Мота. Эффекты тождественности при рассеянии частиц. δ-электроны. Энергетический спектр δ-электронов. Многократное кулоновское рассеяние.


Тормозное излучение. Синхротронное излучении. Излучение Вавилова—Черенкова. Переходное излучение

Радиационные потери на тормозное излучение. Формулы Бете и Гейтлера. Критическая энергия и радиационная длинна. Движение заряженных частиц с ускорением и синхротронное излучение. Ускорители и их основные характеристики. Поляризация среды движущейся заряженной частицей. Излучение Вавилова—Черенкова. Черенковские счетчики. Равномерное и прямолинейное движении заряда в неоднородной или переменной во времени среде. Переходное излучение


Взаимодействие нейтронов с веществом.

Сечение ионизационного торможения нейтрона. Сечение взаимодействия быстрого нейтрона с ядрами. Упругое потенциальное рассеяние на ядерных силах без попадания нейтрона в ядро. Ядерные реакции разных типов с участием нейтрона и ядра мишени.


Взаимодействие γ-излучения с веществом.

Фотоэффект. Рассеяние у-излучения. Томсоновское рассеяние. Эффект Комптона. Обратное комптоновское рассеяние. Образование электрон-позитронных пар. Общий характер взаимодействия γ-излучения с веществом.



Примерный перечень тем практических (семинарских) занятий


  • Сравнительные характеристики сечений рассеяния четырех типов взаимодействий.

  • Формула Бора для удельной ионизации. Расчет передачи импульса.

  • Связь пробега с энергией, массой и зарядом частиц.

  • Импульсные диаграммы рассеяния. Формулы Резерфорда.

  • Формулы дифференциального сечения рассеяния.

  • Формулы Мотта.

  • Средний угол многократного рассеяния.

  • Тормозное излучение. Радиационная длинная.

  • Излучение Вавилова-Черенкова.

  • Фотоэффект.


Примерный перечень тем лабораторных занятий


  • Обработка результатов физического эксперимента.

  • Исследование газоразрядного счетчика заряженных частиц.

  • Относительный метод определения абсолютной активности радиоактивных препаратов.

  • Определение константы распада изотопов по длине пробега альфа–частиц.

  • Определение максимальной энергии бета излучения методом полного поглощения.

  • Определение энергии гамма-излучения по поглощению в веществе.


Примерный перечень заданий на СРС


  • Показать, что ионизационные потери α-частицы и протона связаны следующим соотношением: (dTα/dx)v=v0 = 4 (dTp/dx)v=v0

  • Пусть частица с зарядом ze пролетает со скоростью v на расстоянии ρ от свободного (несвязанного) электрона с массой me и зарядом −e. В предположении, что масса частицы M >> me, и учитывая бесконечно большой радиус действия кулоновских сил, вычислить значение импульса который получит электрон.

  • Получить формулу для сечения рассеяния двух одинаковых частиц в л.с.к. без учета их тождественности.

  • Частица с массой M1 и скоростью v упруго сталкивается с неподвижной частицей, имеющей массу M2. Получить выражение для кинетической энергии переносного движения обеих частиц Tц.и = (M1 + M2)v2ц.и/2, где vц.и = M1v/(M1 + M2).



Список рекомендуемой литературы
Основная

  1. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. 3 тома, М.: Лань, 2008. 1140 с.

  2. Жусупов М.А., Юшков А.В. Физика атомных ядер. Т.3. – Алматы. 2007, 735 с.

  3. Буркова Н.А., Жаксыбекова К.А., Жусупов М.А. Введение в теорию атомного ядра. Алматы: Казакуниверситетi, 2008, 258 с.

  4. Иродов И.Е. Атомная и ядерная физика Сборник задач.- М.:, 2002.



Дополнительная

  1. John Dirk Walecka. Theoretical nuclear and subnuclear physics. 2-nd edition. Imperial College Press and World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. 2004, 628 p.

  2. Юшков А.В., Канашевич В.И., Жусупов М.А. Ядерная физика. Понятийный аппарат. –Алматы: Казак университет. 2002, 151 с.

  3. Жусупов М.А., Юшков А.В. Физика элементарных частиц. Т.2. – Алматы. 2006, 487 с.






izumzum.ru