Nuklearna fizika 1

Izbornik predmeta

Glavni izbornik

Nuklearna fizika 1

Šifra: 84969
ECTS: 7.0
Nositelji: prof. dr. sc. Nils Paar - Predavanja
Izvođači: Ante Ravlić - Auditorne vježbe
Prijava ispita: Studomat
Opterećenje:

1. komponenta

Vrsta nastaveUkupno
Predavanja 30
Auditorne vježbe 15
* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)
Opis predmeta:
CILJEVI PREDMETA:
Stjecanje znanja i kompetencija iz nuklearne fizike, koja predstavlja značajnu granu moderne fizike sa implikacijama u nizu temeljnih znanstvenih disciplina (fizika elementarnih čestica, astrofizika, astronomija i kozmologija), a čije primjene s druge strane predstavljaju osnove modernih tehnologija: tehnike nuklearne medicine u dijagnostici i terapiji, proizvodnja energije, datiranje, ispitivanje strukture materijala, primjene u ekologiji, geologiji i klimatologiji, nuklearnoj forenzici, itd.

Usvajanje temeljnih znanja o nukleosintezi, ulozi termonuklearnih reakcija i procesa slabog međudjelovanja u evoluciji zvijezda, nukleon-nukleon međudjelovanju, globalnim svojstvima atomskih jezgara. Stjecanje znanja o najznačajnijim eksperimentima i praktična primjena kvantne mehanike i klasične elektrodinamike na fiziku mikroskopskih konačnih sustava - agregata čestica koje međudjeluju jakom, slabom, i elektromagnetskom silom.

Osiguravanje studentima temeljna znanja i ulazne kompetencije za predmet Nuklearna fizika 2. Zajedno sa predmetom sljedbenikom, Nuklearna fizika 2, cilj je osiguravanje studentima temeljna znanja i ulazne kompetencije za specijalističke kolegije 4. i 5. godine studija (Medicinska fizika, Nuklearna astrofizika, Nuklearna struktura, Praktikum iz nuklearne fizike , Struktura nukleona, Fizika hadrona, Reaktorska fizika) i povezivanje s doktorskim studijem iz nuklearne fizike ili neke od gore navedenih fundamentalnih disciplina, kao i sa specijalističkim i doktorskim studijima medicinske fizike.

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA KOJIMA PREDMET DOPRINOSI:

1. ZNANJE I RAZUMJEVANJE:
1.2. pokazati temeljito poznavanje naprednih metoda teorijske fizike, a posebno klasične mehanike, klasične elektrodinamike, statističke fizike i kvantne fizike;
1.3. pokazati temeljito poznavanje važnijih fizikalnih teorija što uključuje njihovo značenje, eksperimentalnu motivaciju i potvrdu, logičku i matematičku strukturu i povezane fizikalne pojave;

2. PRIMJENA ZNANJA I RAZUMJEVANJA:
2.1. razviti način razmišljanja koji omogućava postavljanje modela ili prepoznavanje i primjenu postojećih modela u traženju rješenja za konkretne fizikalne i analogne probleme
2.3. primijeniti standardne metode matematičke fizike, posebno matematičke analize i linearne algebre te odgovarajuće numeričke metode kod rješavanja fizikalnih problema
2.4. primijeniti postojeće modele za razumijevanje i objašnjenje novih eksperimentalnih pojava i podataka

4. KOMUNIKACIJSKE SPOSOBNOSTI:
4.3. koristiti engleski jezik kao jezik struke pri komunikaciji, korištenju literature i pisanju znanstvenih i stručnih radova

5. SPOSOBNOST UČENJA:
5.1 samostalno koristiti stručnu literaturu i ostale relevantne izvore informacija što podrazumjeva dobro poznavanje engleskog kao jezika struke


OČEKIVANI ISHODI UČENJA NA RAZINI PREDMETA:

Po završetku kolegija student će biti sposoban:

1. Demonstrirati poznavanje osnovnih koncepata evolucije zvijezda, osnovnih reakcija nukleosinteze, što uključuje primordijalnu nukleosintezu, nukleosintezu u zvijezdama i procese tijekom evolucije supernove.
2. Razlikovati i objasniti svojstva različitih zvijezda u okviru nuklearne fizike; Sunce, crveni divovi, bijeli patuljci, neutronske zvijezde, itd.
3. Objasniti strukturu nukleona, zakone sačuvanja, i izospin.
4. Pravilno tumačiti općeniti oblik nukleon-nukleon međudjelovanja polazeći od simetrija i eksperimentalnih podataka raspršenja nukleona.
5. Objasniti ulogu i svojstva neutrina u okviru nuklearnih procesa, kao i mogućnosti njihovog detektiranja.
6. Primijeniti rezultate najznačajnijih eksperimenata raspršenja sa svojstvima nuklearnog međudjelovanja i općim svojstvima jezgara.
7. Demonstrirati poznavanje svojstva deuterona, primijeniti kvantnu mehaniku u opisu statičkih električnih i magnetskih momenata deuterona.
8. Primijeniti kvantnu fiziku i klasičnu elektrodinamiku u opisu električnih i magnetskih momenata atomske jezgre.
9. Demonstrirati poznavanje osnovnih globalnih svojsava atomske jezgre u kontekstu relevantnih eksperimenata i fenomenološkog formalizma, posebice oblik i dimenzije jezgre, energije vezanja.

SADRŽAJ PREDMETA:

Predavanja (15 tjedana po 2 sata)
1. Nukleosinteza u svemiru. Raspodjela elemenata u Sunčevu sustavu. Primordijalna nukleosinteza. Evolucija svemira nakon velikog praska.
2. Evolucija zvijezda. Uvjet hidrostatičke ravnoteže. Model linearne gustoće zvijezde. Gravitacijski potencijal zvijezde. Opis zvijezde u aproksimaciji idealnog plina. Virijalni teorem u slučaju zvijezde. Luminozitet zvijezde.
3. Glavni niz zvijezda. Hertzprung-Russellov dijagram. Nukleosinteza u zvijezdama, izgaranje vodika, PP lanci, CNO ciklusi. Uloga jakog i slabog međudjelovanja u nukleosintezi.
4. Izgaranje u zvijezdama od helija, ugljika, kisika, itd. do željeza. Fotonuklearna preraspodjela elemenata u vrućim zvijezdama.
5. Proizvodnja neutrina u zvijezdama. Solarni neutrini. Detektori neutrina zasnovani na uhvatu neutrina na jezgrama. Procesi međudjelovanja neutrina s atomskim jezgrama.
6. Bijeli patuljci, degenerirani plin elektrona i uvjet ravnoteže, tlak u središtu bijelog patuljka, ovisnost radijusa o masi bijelog patuljka.
7. Neutronska zvijezda, uvjet ravnoteže, relativistički učinci. Rotacija neutronske zvijezde, pulsari.
8. Evolucija supernove i nukleosinteza, uhvat elektrona, kolaps zvijezde, difuzija neutrina, zarobljavanje neutrina, razvoj šok vala, eksplozija supernove, opažanje neutrina sa supernove.
9. Nukleosinteza teških kemijskih elemenata. Spori i brzi procesi uhvata neutrona (s-proces, r-proces), brzi uhvat protona (rp-proces) u okruženju sustava dvojnih zvijezda, kozmičko rendgensko zračenje.
10. Struktura nukleona, zakoni sačuvanja, leptoni i slaba međudjelovanja, izospin nukleona, izospinski triplet piona, izospin antičestica. Hiperjezgre.
11. Deuteron, globalna svojstva, spin, izospin, simetrije i valna funkcija deuterona. Magnetski dipolni moment, miješanje S i D stanja deuterona. Električni kvadrupolni moment deuterona. Tenzorska sila i D stanje deuterona.
12. Simetrije i nukleon-nukleon međudjelovanje. Opći oblik nukleon-nukleon međudjelovanja.
13. Globalna svojstva jezgara. Dimenzije jezgre i raspodjela materije i naboja. Raspršenje elektrona na jezgrama, form faktor naboja, određivanje radijusa jezgre. Mionski atom i raspršenje piona na jezgrama.
14. Oblik jezgre, električni i magnetski multipolni momenti.
15. Spin i izospin osnovnog stanja jezgre. Izobarna analogna stanja. Energija vezanja jezgre. Stabilne i radioaktivne jezgre. Weiszaecker semi-empirijska formula mase.

Vježbe (15 tjedana po 1 sat):
1. Simetrije u nuklearnoj fizici i algebra momenta impulsa. Infinitezimalne rotacije u klasičnoj i kvantnoj mehanici, algebra momenta impuls
2. D-funkcija, Wignerove D-matrica
3. Zbrajanje dva momenta impulsa, Clebsh-Gordanovi koeficijenti, 3j-simbol
4. Sferični tenzorski operatori, Wigner-Eckartov teorem
5. Nuklearni pojmovi relevantni za astrofiziku (coulombska i centrifugalna barijera, S-faktor
6. Nuklearni pojmovi relevantni za astrofiziku (brzina odvijanja reakcije, Gamowljeva energija
7. Gorenje vodika, gorenje helija, gorenje težih jezgara
8. Bijeli patuljci, neutronske zvijezde
9. Nukleon-nukleon raspršenje i udarni presjek
10. Nukleon-nukleon međudjelovanje
11. Form-faktori jezgre
12. Opća svojstva atomskih jezgara. Masa i energija vezanja atomskih jezgara - uvodni zadaci
13. Masa i energija vezanja atomskih jezgara - napredni zadaci
14. Određivanje polumjera atomskih jezgara
15. Električni kvadrupolni moment jezgre

OBVEZE STUDENATA:

Studenti su dužni redovito pohađati nastavu, aktivno sudjelovati u rješavanju problema na vježbama, izraditi po jedan seminarski rad u svakom semestru i uspješno riješiti kolokvij na kraju svakog semestra.

OCJENJIVANJE I VREDNOVANJE RADA STUDENATA:

Tijekom semestra studenti rješavaju samostalne zadatke i polažu dva pismena kolokvija. Na kraju semestra studenti izlaze na završni usmeni ispit.
Literatura:
  1. Samuel S. M. Wong, Introductory Nuclear Physics, Wiley-Interscience, 1999.
  2. - Kenneth S. Krane, Introductory Nuclear Physics, Wiley-Interscience, 1987.
    - Kris Heyde, Basic Ideas and Concepts in Nuclear Physics, Institute of Physics, 2004.
    - Kris Heyde, From Nucleons to the Atomic Nucleus: Perspectives in Nuclear Physics, Springer Verlag, 2002.
    - John Dirk Walecka, Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics, Imperial College Press, 2004.
Preduvjeti za:
Upis predmeta :
Položen : Klasična elektrodinamika
Položen : Kvantna fizika
7. semestar
Obavezni predmet - Redovni studij - Fizika; smjer: istraživački
Termini konzultacija:

Obavijesti

Nuklearna fizika 1

Anketa

Na ovoj stranici trenutno nije odabrana niti jedna anketa!