Fyzika atomového jádra - NJSF064

• Anglický název: Nuclear Physics
• Zajišťuje: Ústav částicové a jaderné fyziky (32-UCJF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2020
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 7
• Rozsah, examinace: zimní s.:3/2, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: prof. RNDr. Pavel Cejnar, Dr., DSc.; Mgr. Pavel Stránský, Ph.D.; doc. Mgr. František Knapp, Ph.D.
• Vyučující: doc. Mgr. František Knapp, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Jaderná a subjaderná fyzika
• Je prerekvizitou pro: NJSF058, NJSF116

Anotace

čeština

Základní charakteristiky atomového jádra. Jaderné síly. Přeměny atomových jader. Jaderné reakce. Jaderné modely.

Poslední úprava: T_UCJF (18.03.2015)

angličtina

The basic characteristics of the atomic nucleus. Nuclear forces. The transmutations of atomic nuclei. Nuclear reactions. Nuclear models.

Poslední úprava: T_UCJF (12.05.2011)

Podmínky zakončení předmětu

Podmínkou pro zakončení předmětu a udělení zápočtu je vypracování domácích úkolů zadávaných průběžně během semestru.

Zápočet je nutnou podmínkou účasti u zkoušky. Zkouška je ústní.

Poslední úprava: Knapp František, doc. Mgr., Ph.D. (10.06.2019)

Literatura

čeština

V. Zelevinsky, A. Volya: Physics of Atomic Nuclei (Willey, 2017)

K.L.G. Heyde: Basic Ideas and Concepts in Nuclear Physics (Taylor & Francis 2004)

C.A. Bertulani : Nuclear Physics in a Nutshell (Princeton Univ. Press 2007)

R.F. Casten: Nuclear Structure from a Simple Perspective (Oxford Univ. Press 2000

J.-L. Basdevant, J. Rich, M. Spiro: Fundamentals in Nuclear Physics (Springer 2005)

P.E. Hodgson, E. Gadioli, E. Gadioli Erba: Introductory Nuclear Physics (Clarendon Press 1997)

T. Mayer-Kuckuk: Fyzika atomového jádra (SNTL 1979)

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (30.04.2019)

Požadavky ke zkoušce

Zkouška je prováděna ústní formou. Požadavky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu uvedeném v SIS.

Poslední úprava: Knapp František, doc. Mgr., Ph.D. (09.10.2017)

Sylabus

čeština

Jaderné pozorovatelné: Mapa jader: poločasy rozpadu jader v rovině N x Z, linie stability, supertěžká jádra. Vazbové energie: hmoty jader, sudo-liché efekty, p/2p a n/2n separační energie, magická čísla. Charakteristiky základních stavů: spin, parita, statické magnetické a elektrické momenty; rozdělení hmoty a náboje. Základní módy rozpadu: α, β−, β+, e-záchyt, radioaktivní rozpadové řady. Nízkoležící excitace: charakteristická spektra sudých a lichých jader, vibrační a rotační pásy, yrast stavy. Elektromagnetické přechody: typy a multipolarity přechodů, výběrová pravidla, doby života, isomerní stavy

Jaderné modely: Jádro jako kapka: formule pro vazbové energie, rotační a vibrační excitace jádra, Bohrův kolektivní hamiltonián. Jádro jako Fermiho plyn: slupkové korekce k vazbové energii, jednočásticová kvantová čísla, spin-orbitální interakce, jednočásticové (ph) excitace v lehkých jádrech, Nilssonův model a vznik deformace, systematika deformace na mapě jader. Komponenty mikroskopické teorie jádra: střední pole, zbytkové interakce, párování (supratekutost)

Jaderné interakce: Základní data o NN interakcích: nukleon-nukleonový rozptyl, analýza vlastností deuteronu. Elementy popisu NN interakcí: nábojová nezávislost, izospin, fenomenologické potenciály, holé interakce vs. interakce v jaderném prostředí. Mikroskopické představy: mezonové výměny, konečný dosah interakce, přitažlivé síly vs. odpudivé jádro

Jaderné procesy: Alfa rozpad: průchod coulombickou bariérou, korelace střední doby života a energie alfa částice. Beta rozpad: tříčásticový rozpad a vlastnosti neutrina, tvar spektra, exotické typy beta rozpadu. Exotické typy radioaktivity: emise protonů, těžších jader. Štěpení: štěpitelnost jader, popis pomocí kapkového modelu, rozdělení štěpných fragmentů. Přímé reakce: příklady, časové a energetické škály, role jednočásticových stavů. Reakce přes složené jádro: neutronové rezonance, další procesy přes složené jádro, Breit-Wignerova formule, hustota stavů při vysokých energiích, rozpady složeného jádra. Srážky těžkých iontů, jaderná astrofyzika

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (30.04.2019)

angličtina

1. Nuclear observables

• Map of nuclides: decay half-times of nuclei in the NxZ plane, stability line, superheavy elements

• Binding energies: nuclear masses, odd-even effects, p/2p and n/2n separation energies, magic numbers

• Properties of ground-states: spin, parity, static magnetic and electric moments, distribution of mass and charge

• Basic decay modes: α, β−, β+, electron capture (phenomenology), radioactive decay chains

• Low-lying excitations: typical spectra of even and odd nuclei, vibrational and rotational bands, yrast states and moments of inertia

• Electromagnetic transitions: transition types and multipolarities, selection rules, lifetimes, isomeric states

2. Nuclear models

• Nucleus as a droplet: binding-energy formula, collective excitations (typical spectra, anharmonic effects, backbending), Bohr collective Hamiltonian

• Nucleus as the Fermi gas: shell corrections to the binding energy, single-particle quantum numbers, spin-orbital interaction, particle-hole excitations in light nuclei, Nilsson model and the onset of deformation, occurrence of deformed nuclei on the map of nuclides

• Components of a microscopic theory of nuclei: creation of the mean field, residual interactions of the short- and long-range type, pairing (superfluidity)

3. Nuclear interactions

• Basic data on the NN interactions: nucleon-nucleon scattering, analysis of deuteron

• Elementary description of NN interactions: charge independence, isospin, phenomenological potentials, bare interactions, interactions in nuclear medium

• Microscopic considerations: meson exchanges, finite range of interactions, attracting forces vs. repulsive core, how this may work on the level of quarks and gluons

4. Nuclear processes

• Alpha decay: transition through the Coulomb barrier, lifetime-energy correlation

• Beta decay: three-body decay, properties of neutrino, shapes of electron spectra, exotic beta-decay types

• Exotic types of radioactivity: emissions of nucleons or heavier-nuclei

• Fission: fissibility of nuclei, drop-model description, mass distribution of fission fragments

• Direct reactions: examples, time scales, role of single-particle states

• Compound-nucleus reactions: neutron resonances, other compound-nucleus processes, Breit-Wigner formula, density of nuclear states at high energies, decays of the compound nucleus (particle evaporation, electromagnetic transitions, giant resonances)

• Heavy-ion collisions: hadron matter, quark-gluon plasma

• Nuclear astrophysics: nuclear fusion in stars, nucleosynthesis in early universe and in supernovae

Poslední úprava: Krtička Milan, doc. Mgr., Ph.D. (30.04.2019)