21569

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.И.САТПАЕВА Институт высоких технологий и устойчивого развития им. Аль-Машани Кафедра Общей и теоретической физики «Утверждаю» Директор ИВТ и УР им. Аль-Машани ______________С.Е. Кумеков «___»_________2010 г. ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS) По дисциплине: Ядерная физика и физика элементарных частиц для специальности: 5В072300 – Техническая физикаФорма обучения: ОчнаяВсего: 3 кредитаКурс: 3Семестр: 6Лекции: 30 часовПрактические занятия: –15 часовРубежный контроль (количество): 2СРС: 45 часовСРСП (аудиторных): 15 часовСРСП (офисных): 30 часовВсего аудиторных часов: 60Всего внеаудиторных часов: 75Трудоемкость: 135 часовЭкзамен: 6 семестр АЛМАТЫ 2010

Программу курса составили: Кусаинов С.К., доцент, к.ф.-м.н. Тойынбаева Н.Ш., преподаватель. На основании Государственного классификатора направления подготовкиВысшего профессионального образования, типового и рабочего учебных плановспециальностей и типовой программы дисциплиныРассмотрена на заседании кафедры: «Общей и теоретической физики»«27 » мая 2010 г. Протокол № 5Зав. каф. общей итеоретической физики,профессор Т.Б БегимовОдобрено научно-методическим Советом Института высоких технологий иустойчивого развития им. аль-Машани«28 » июня 2010 г. Протокол № 2Председатель С.Е. КумековКусаинов Секерхан Кажибекович, доцент, кандидат физ.-мат.наук, окончилинженерно-физический факультет ТашПИ, пед. стаж 40 лет, опубликовал 125научно-методических работ.Тойынбаева Назгуль Шайсолтановна, преподаватель, окончила физическийфакультет КазГУ им. аль – Фараби, пед.стаж 3 года, опубликовала 5 научныхработ.Офис: кафедра: Общей и теоретической физикиАдрес: 480013, г. Алматы, Сатпаева 22, ГУК ауд. 911Тел.: 92-38-66, 92-73-68Факс:E-mail: ________________________ . 2

1. Цели и задачи дисциплины Цель преподавания дисциплины - Ознакомить студентов с основными физическими явлениями,происходящими в субатомном микромире, методами их теоретическогоосмысления и экспериментального наблюдения, масштабом физических величинсубатомной физики. - достаточно строгое, систематическое и доходчивое изложение основдисциплины «Ядерная физика и физика элементарных частиц» для дальнейшегоприменения специалистом в своей деятельности. - показать значение ядерной физики и физики элементарных частиц врешении задач современных технологий. Задачи изучения дисциплины- раскрыть сущность основных представлений, законов теорий классической исовременной физики в их внутренней взаимосвязи и целостности. Для будущегоспециалиста важна иерархия физических законов и понятий, границы ихприменимости и эффективное использование в конкретных ситуациях.- сформировать умения и навыки решения теоретических и экспериментально –практических задач из разных областей физики, как основы умения решатьпрофессиональные задачи.- сформировать умение оценивать достоверность результатовэкспериментальных и теоретических методов исследования.- развивать творческое мышление, навыки самостоятельной познавательнойдеятельности, умения моделировать физические ситуации с использованиемдостижении современной компьютерной техники.- сформировать умения и навыки проведения экспериментальных исследованийна современной измерительной аппаратуре, обрабатывать и интерпретироватьполученные результаты.Пререквизиты: Высшая математика. Общий курс физики: механика(кинематика движения материальной точки, колебательное движение, уравнениединамики поступательного и вращательного движения), основы молекулярнойфизики и термодинамики (кинетическая теория газов), электричество имагнетизм (электромагнетизм, основы теории Максвелла), электродинамика(электромагнитные колебания), оптика, атомная физика.Постреквизиты: Общепрофессиональные и специальные дисциплины 2. Система оценки знаний студентов2.1 Распределение рейтинговых баллов по видам контроляВид итогового контроля Виды контроля % Экзамен Итоговый контроль 100 Рубежный контроль 100 Текущий контроль 100 3

2.2 Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине«Ядерная физика и физика элементарных частиц»Недели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Виды ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗ ПЗкон- СР СР КЛ СР СР РК СР СР КЛ СР РКтроляНедель-ное кол-во кон- 1 2 1 2 2 2 1 22 212 2 2 2троляВиды контроля: ПЗ – практическое занятие, СР – самостоятельная работа, КЛ – коллоквиум, РК –рубежный контроль,Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (таблица 1).Таблица 12.3 Оценка знаний студентов Оценка Буквенный Рейтинговый балл В баллахОтлично эквивалент (в процентах %)Хорошо 4Удовлетворительно А 95-100 3,67 А- 90-94 3,33Неудовлетворительно В+ 85-89 3,0 В 80-84 2,67 В- 75-79 2,33 С+ 70-74 2,0 С 65-69 1,67 С- 60-64 1,33 D+ 55-59 1,0 D 50-54 F 0-49 0 3. Содержание дисциплины3.1 Распределение часов по видам занятий№ Наименование темы Количество академических часов Лек Практ СРСП СРС ция ическ ие1 Введение. Ядерная физика – наука о строении, 2 4 33 свойствах и превращениях атомного ядра. Свойства атомных ядер. Масса ядра и нуклонов. Массовое число А и заряд Z атомного ядра. Единицы измерения. Методы измерения массы ядер. Дефект масс. Энергия связи ядра. Удельная энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы. Стабильные и радиоактивные ядра. 4

2 Спин и магнитный момент ядра. Радиоактивность. 2 1 33Методы определения спина и магнитного ядра. Бозоны и 1 33 1 33фермионы. Принцип Паули. 1 33Основные причины неустойчивости атомных ядер. 1 33 1 33Естественная и искусственная радиоактивность. 1 33 1 33Статистический характер радиоактивного распада. Закон 1 33радиоактивного распада 1 333 Модели атомных ядер. 2 1 33Капельная модель ядра. Область применения капельноймодели ядра. Недостатки капельной модели. Модельядерных оболочек. Недостатки модели ядерных оболочек.Обобщенная модель.4 Радиоактивные превращения ядер. 2a-распад. Основные экспериментальные закономерности поa-распаду. Элементы теории a-распада. Туннельныйэффект. b-распад. Виды b-распада. Экспериментальноедоказательство существования нейтрино. Элементы теорииb-распада.5 g-излучение ядер. Электрические и магнитные переходы. 2Правила отбора по моменту и четности для g-переходов ивероятности переходов для различных мультиполей.Ядерная изомерия. Эффект Мессбауэра.6 Взаимодействие ядерных излучений с веществом.1. 2 Взаимодействие заряженных частиц, нейтронов и g-квантов со средой. Потери энергии на ионизацию и возбуждение атомов. Излучение Вавилова-Черенкова. Упругое рассеяние..7 Взаимодействие ядерных излучений с веществом.2. 2 Прохождение g-излучения через вещество. Зависимость эффективных сечений взаимодействия g-квантов от энергии g-излучения и от свойств вещества. Взаимодействие нейтронов с веществом. Замедление нейтронов.8 Физика ядерных реакций. 2Классификация ядерных реакций. Законы сохраненийэффективное сечение.9 Ядерные реакции. Взаимодействие нейтронов с ядрами. 2Свойства нейтронов и способы их получения. Видывзаимодействий нейтронов с ядрами. Основные опыты поизучению взаимодействия нейтронов с веществом. Ядерныереакции под действием g-квантов и заряженных частиц. Деление и синтез атомных ядер. Основные 210 экспериментальные данные о делении. Спонтанное деление. 2 Деление изотопов урана под действием нейтронов. Цепная реакция. Коэффициент размножения. Синтез легких ядер. Ядерные реакции в звездах. Проблемы управляемого термоядерного синтеза .11 Ядерные реакторы. Ядерная энергетика.12 Источники и методы регистрации ядерных частиц. 2 5

13 Физика высоких энергий и элементарных частиц .1. 21 33 Элементарные частицы. Гипероны. Виды взаимодействия 21 33 элементарных частиц 33 30 1514 Физика высоких энергий и элементарных частиц .2. 45 45 Элементарные частицы. Кварки.15 Космические лучи. Первичное космическое излучение. Прохождение космического излучения через атмосферу. Вариации космических лучей. Радиационные пояса Земли. Гипотезы происхождения космических лучей. Всего часов 3.2 Наименование тем практических занятий и объем в часах Радиус, масса и энергия связи ядер. Масса ядра и нуклонов. Дефект масс. Энергия связи ядра. Удельная энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы. Стабильные и радиоактивные ядра. Спин и магнитный момент ядра. Спин и магнитный момент ядра. Методы определения спина и магнитного момента ядра. Радиоактивность. Радиоактивность. Основные законы радиоактивного распада. a-РАСПАД. Характерные эмпирические особенности a- распада. Зависимость периода полураспада от энергии вылетающих a- частиц. b-РАСПАД. Виды b- распада. Элементы теории b- распада. g-ИЗЛУЧЕНИЕ. Гамма-излучение ядер. Вероятность g- перехода и правила отбора. Внутренняя конверсия. Эффект Мессбауэра. Взаимодействие излучения с веществом. Прохождение заряженных частиц через вещество. Взаимодействие g-излучения с веществом. Фотоэффект. Рассеяние g- излучения. Образование электрон-позитронных пар. Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях. Общие свойства ядерных реакций. Ядерные реакции. Уровни ядер. Сечения и выходы ядерных реакций. Нейтронная физика. Виды взаимодействий нейтронов с ядрами. Нейтронная физика. Прохождение нейтронов через вещество. Замедление и диффузия нейтронов. Деление и синтез ядер. Деление ядер. Цепная реакция деления. Деление и синтез ядер. Термоядерные реакции. Физика плазмы. Элементарные частицы. Взаимодействие релятивистских частиц. Распад частиц. Свойства элементарных частиц. 3.3 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС)1 Статические свойства атомных ядер. Состав ядер. Электрический и барионный заряды. Энергия связи ядер. Ядерные спины. Магнитные дипольные моменты ядер. Размеры ядер. Форма ядер. Четность.2 Ядерные модели. Необходимость модельных представлений о ядре. Классификация ядерных моделей.3 Ядерные силы. Методы изучения ядерных сил. Дейтрон. Изотопическая 6

инвариантность.4 Радиоактивность. Сущность явления радиоактивности. Законы радиоактивного распада.5 Прохождение ядерных частиц через вещество. Прохождение тяжелых заряженных частиц через вещество. Прохождение легких заряженных частиц через вещество.6 Прохождение ядерных частиц через вещество. Прохождение g- квантов через вещество.7 Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях. Общие свойства ядерных реакций.8 Ядерные реакции. Прямые ядерные реакции. Фотоядерные и электроядерные реакции.9 Источники заряженных частиц. Непрерывные и импульсные ускорители.10 Регистрация заряженных частиц. Счетчики и следовые детекторы.11 Нейтронная физика. Свойства нейтронов различных энергий. Медленные и быстрые нейтроны.12 Ядерная энергетика. Возможные источники ядерной энергии.13 Законы сохранения в физике элементарных частиц. Существование процессов рождения и поглощения элементарных частиц. Классификация законов сохранения.14 Механизмы взаимодействия элементарных частиц. Электромагнитные взаимодействия. Сильные взаимодействия. Слабые взаимодействия.15 Космические лучи. Первичные и вторичные космические лучи. 3.4 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя (СРСП)№ Задания1 Задание 1. Статические свойства атомных ядер. Состав ядер. Электрический и барионный заряды. Энергия связи ядер. Ядерные спины. Магнитные дипольные моменты ядер. Размеры ядер. Форма ядер. Четность. Тренинг, решение задач.2 Задание 2. Ядерные модели. Необходимость модельных представлений о ядре. Классификация ядерных моделей.Тренинг, решение задач.3 Задание 3. Ядерные силы. Методы изучения ядерных сил. Дейтрон. Изотопическая инвариантность.Тренинг, решение задач.4 Задание 4. Радиоактивность. Сущность явления радиоактивности. Законы радиоактивного распада. Тренинг, решение задач.5 Задание 5. Прохождение ядерных частиц через вещество. Прохождение тяжелых заряженных частиц через вещество. Прохождение легких заряженных частиц через вещество.Тренинг, решение задач.6 Задание 6. Прохождение ядерных частиц через вещество. Прохождение g- квантов через вещество. Тренинг, решение задач.7 Задание 7. Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях. Общие свойства ядерных реакций. Тренинг, решение задач.8 Задание 8. Ядерные реакции. Прямые ядерные реакции. Фотоядерные и электроядерные реакции. Тренинг, решение задач.9 Задание 9. Источники заряженных частиц. Непрерывные и импульсные ускорители. Тренинг, решение задач.10 Задание 10. Регистрация заряженных частиц. Счетчики и следовые детекторы. Тренинг, решение задач.11 Задание 11. Нейтронная физика. Свойства нейтронов различных энергий. Медленные и быстрые нейтроны. Тренинг, решение задач.12 Задание 12. Ядерная энергетика. Возможные источники ядерной энергии. Тренинг, решение задач. 7

13 Задание 13. Законы сохранения в физике элементарных частиц. Существование процессов рождения и поглощения элементарных частиц. Классификация законов сохранения. Тренинг, решение задач.14 Задание 14. Механизм взаимодействия элементарных частиц. Электромагнитные взаимодействия. Сильные взаимодействия. Слабые взаимодействия. Тренинг, решение задач.15 Задание 15. Космические лучи. Первичные и вторичные космические лучи. Тренинг, решение задач.3.5 График проведения занятий№ Дата Время Наименование тем Лекции1 Введение.2 Свойства атомных ядер.3 Спин и магнитный момент ядра.4 Модели атомных ядер.5 Радиоактивные превращения ядер.67 g-излучение ядер.8 Взаимодействие ядерных излучений с веществом.1.9 Взаимодействие ядерных излучений с веществом.2.10 Физика ядерных реакций.11 Взаимодействие нейтронов с ядрами. Ядерные реакции.12 Деление и синтез атомных ядер.13 Ядерные реакторы. Ядерная энергетика.14 Источники и методы регистрации ядерных частиц.15 Физика высоких энергий и элементарных частиц.1. Физика высоких энергий и элементарных частиц.2.1 Космические лучи.23 Практические занятия45 Радиус, масса и энергия связи ядер.6 Спин и магнитный момент ядра.7 Законы радиоактивного распада.89 a-РАСПАД.10 b-РАСПАД.11 g-ИЗЛУЧЕНИЕ.12 Взаимодействие излучения с веществом.13 Взаимодействие излучения с веществом.14 Ядерные реакции.15 Ядерные реакции. Нейтронная физика. Нейтронная физика. Деление и синтез ядер. Деление и синтез ядер. Элементарные частицы. 8

Список основной литературы1. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. кн.1. Физика атомногоядра.ч.1.Свойства нуклонов,ядер и радиоактивных излучений.- М.:Энергоатомиздат, 1993 . -376 с.2.Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика: кн.1. Физика атомного ядра.М.: Энергоатомиздат, 1993. -320 с.3.Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика: кн.2. Физика элементарныхчастиц. -М.: Энергоатомиздат, 1993. -408 с4.Мухин К.Н.Введение в ядерную физику. -М.: Энергоатомиздат, 1965. -720 с.5. Широков Ю.М., Юдин П.П. Ядерная физика. -М.: Наука, 1980, -727с.6. Ракобольская И.В. Ядерная физика. -М.: Издательство Московскогоуниверситета, 1971г, -295с.7. Иродов И.Е. Сборник задач по атомной и ядерной физике.- М.:Энергоатомиздат , 1984, -215с. Список дополнительной литературы1. Айзенберг И.В., Грайнер В. Модели ядер. Коллективные и одночастичные явления. М.: Атомиздат, 1975. -454с.2. Айзенберг И.В., Грайнер В. Механизмы возбуждения ядра. М.: Атомиздат,1973.-347с.3. Айзенберг И.В., Грайнер В. Микроскопические теории ядра. М.: Атомиздат.1976.- 487с.4. Климов А.Н Ядерная физика и ядерные реакторы.- М.: Атомиздат,1971.5. Маргулова Т.Х Атомная энергетика сегодня и завтра.- М.:Высшая школа,1989.6. Комар Е.Г Основы ускорительной техники. – М.: 1975.7. Росси Б. Космические лучи. М.: Атомиздат, 1966. 9

СОДЕРЖАНИЕ1.Цели и задачи дисциплины ……………………………………………………....32.Система оценки знаний студентов ………………………………………………33. Содержание дисциплины ……………………………………………………….44. Распределение часов по видам занятий ………………………………………...45. Наименование тем практических занятий и объем в часах……………………66. Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС)…………67. Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов подруководством преподавателя ( СРСП)…………………………………………....78. График проведения занятий ……………………………………………………..89. Список основной и дополнительной литературы ……………………………...9 10