7. Ядерные реакции.

2
1 Цели и задачи дисциплины
1.1Краткое содержание дисциплины
Дисциплина посвящена изучению технологии атомного ядра.
Рассматриваются основные положения и вопросы, относящиеся к
исследованию свойств атомного ядра и использованию их при разработке
ядерных технологий. Обсуждаются различные ядерные модели, используемые в
экспериментах и расчетах ядерных реакций
и ядерных устройств.
Рассматриваются такие явления как радиоактивность, деление и синтез ядер,
элементарные частицы, инжектирование вторичного излучения при
бомбардировке ядер заряженными частицами и нейтронами.
1.2 Цель преподавания дисциплины
Цель дисциплины состоит в изучении фундаментального раздела физики,
лежащего в основе современного научного миропонимания и формирования у
бакалавров навыков физического мышления.
Приобретенные теоретические знания и практические навыки позволят
бакалаврам самостоятельно ставить и решать физические задачи, в дальнейшей
практической их деятельности.
1.3 Задачи преподавания дисциплины
В результате изучения данной дисциплины бакалавры должны овладеть
системой понятий и основных положений ядерной физики, необходимых для
решения различных расчетных и экспериментальных задач, необходимых для
исследования различных свойств атомного ядра.
1.4 Пререквизиты: основы ядерной физики, теоретические методы расчета
ядерных реакций, математический анализ, физика элементарных частиц.
1.5 Постреквизиты: выполнение научно-исследовательских работ в области
ядерной физики.
2 Система оценки знаний студентов
Распределение рейтинговых процентов по дисциплине по видам контроля
Таблица 1
Вид итогового контроля
Виды контроля
Проценты
Экзамен
Итоговый контроль
100
Рубежный контроль
100
Текущий контроль
100
Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине
«Технологии атомного ядра».
Таблица 2
Недели 1
2
Виды
П
п
контрол ср ср
я
Балл
2
2
Виды контроля: П
контроль,
3
п
ср
4
п
ср
5
п
ср
6
п
ср
рк
3
3
3
3+10
– практическая работа,
7
п
ср
12
п
ср
рк
2
2 2
3
3
3+10
СР - самостоятельная работа,
3
8 9
п п
ср ср
10
п
ср
11
п
ср
13
п
ср
14
п
ср
15
П
ср
3
3 3
РК – рубежный
Студент допускается к сдаче итогового контроля при наличии
суммарного рейтингового балла  30. Итоговый контроль считается сданным в
случае набора  20 баллов. Итоговая оценка по дисциплине определяется по
шкале (таблица 5).
Оценка знаний студентов
Таблица 3
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный
эквивалент
А
А–
В+
В
В–
С+
С
С–
D+
D
F
Рейтинговый балл
(в процентах %)
95–100
90–94
85–89
80–84
75–79
70–74
65–69
60–64
55–59
50–54
0–49
В баллах
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
3 Содержание дисциплины
3.1 Распределение часов по видам занятий
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Таблица 4
Наименование темы
Количество академических часов
Лекции Практические СРСП СРС
занятия
Введение.
Современное
1
2
3
3
состояние
и
перспективы
развития атомной энергетики.
Общие сведения об атомной и
1
2
3
3
ядерной природе вещества
Элементы квантовой механики
1
2
3
3
Свойства атомного ядра
1
2
3
3
Ядерные модели.
1
2
3
3
Естественная и искусственная
1
2
3
3
радиоактивности.
Ядерные реакции.
1
2
3
3
Сечения ядерных реакций.
1
2
3
3
Термоядерные реакции.
1
2
3
3
Нейтронные реакции.
1
2
3
3
Теория деления ядер
1
2
3
3
4
12
13
14
15
Цепная ядерная реакция.
Ядерные реакторы.
Ускорители
заряженных
частиц.
Инжектирование вторичного
излучения.
Всего часов
1
1
1
2
2
2
3
3
3
3
3
3
1
2
3
3
15
30
45
45
3.2 Содержание лекций
1. Введение. Современное состояние и перспективы атомной энергетики.
2. Общие сведения об атомной и ядерной природе вещества. Атомная
природа вещества. Краткие сведения о структуре атома. Атомные спектры.
3. Элементы квантовой механики. Квантовые состояния электронов в атоме.
Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Уравнение Шредингера.
4. Свойства атомного ядра. Состав ядра. Спин и магнитный момент ядра.
Энергия связи ядра. Ядерные силы. Стабильность ядра.
5. Ядерные модели. Капельная модель ядра. Оболочечная модель ядра
Коллективная (обобщенная) модель ядра
Ротационная модель ядра.
Сверхтекучая модель ядра. Кластерная модель (модель нуклонных ассоциаций).
Статистическая модель ядра. Оптическая модель ядра. Вибрационная модель.
Использование капельной модели ядра. Использование модели ядерных
оболочек.
6. Естественная и искусственная радиоактивности. Радиоактивность. Общая
характеристика радиоактивности. Радиоактивные семейства. 3. Закон
радиоактивного распада. Альфа – распад ядра. Бета – распад ядра. Ядерная
изомерия. Радиоактивное равновесие.
7. Ядерные реакции. Уравнение ядерной реакции. Боровская реакция через
составное (компаунд) ядро. Законы сохранения в ядерной реакции. Реакции с
заряженными частицами. Ядерный фотоэффект.
8. Сечения ядерных реакций. Эффективные поперечные сечения ядерных
реакций.
Ядерные реакции при высоких энергиях.
9. Термоядерные реакции. Термоядерная реакция синтеза. Проблемы в
управлении термоядерным синтезом.
10. Нейтронные реакции. Упругое рассеяние нейтронов. Неупругое рассеяние
нейтронов. Поглощение нейтронов.
11. Теория деления ядер. Особенности деления ядер урана. Образование
осколков деления. Нейтроны деления и энергия деления.
12. Цепная ядерная реакция. Условия возникновения цепной ядерной
реакции. Механизм управления цепной реакцией.
13. Ядерные реакторы. Типы реакторов. Устройство.
14. Ускорители заряженных частиц. Типы современных ускорителей..
5
15. Инжектирование вторичного излучения. Искусственная радиоактивность
при бомбардировке ядер заряженными частицами высоких энергий.
3.3 Содержание практических занятий
1. Введение. Состав атома.
2. Атомное ядро. Свойства атомного ядра.
3. Расчет плотности ядерной жидкости.
4. Энергия связи ядра.
5. Естественная радиоактивность. Расчет активности изотопов.
6. Взаимодействие радиационного излучения с веществом. Параметр
столкновения.
7. Расчеты пробегов заряженных частиц в веществе.
8. Элементы физики защиты ядерных реакторов.
9. Расчет сечений ядерных реакций.
10. Условия возникновения радиационных дефектов в кристаллических
решетках
11. Термоядерный синтез. Условия удержания плазмы.
12. Ускорение заряженных частиц.
13. Условие возникновения вторичного излучения.
14. Расчет сечений нейтронных реакций.
15. Приборы для измерения радиационного излучения.
3.4 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов под
руководством преподавателя (СРСП)
1. Обозначения и единицы измерения.
2. Масса и энергия ядра.
3. Ядерные радиусы.
4. Момент количества движения,
5. Магнитный и квадрупольный моменты ядра.
6. Экспериментальные обоснования модели оболочек: энергия связи,
изотопы, альфа и бета-распад, ядерная изомерия.
7. Опыты по доказательству нейтрино.
8. Тонкие структуры спектров.
9. Основные
представления
квантовомеханической
теории
электромагнитного излучения.
10. Ускорители. Типы ускорителей.
11. Термоядерный синтез.
12. Элементарные частицы.
13. Нейтронные реакции.
14. Цепная ядерная реакция.
15. Радиационная экология.
6
3.5 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС)
1. Свойства ядер.
2. Расчет кулоновского барьера ядра.
3. Свойства «магических» и «дважды магических ядер»
4. Вероятность образования компаунд - ядра при взаимодействии заряженной
частицы с ядром.
5. Ядерная реакция Оппенгеймера.
6. Модели ядра.
7. Эффект Мессбауэра и его применение в физике и технике.
8. Методика измерения заряженных частиц.
9. Методика измерения нейтронов.
10. Ускорители частиц высоких энергий.
11. Элементарные частицы.
12. Эволюция звезд.
13. Нейтронные звезды, пульсары, квазары.
14. «Темная материя». Теория рождения Вселенной.
15. Перспективы использования ядерной и термоядерной энергии.
3.6 График проведения занятий
Таблица 5
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
2
Дата
Время
Наименование тем
Лекции
Введение. Современное состояние и перспективы
развития атомной энергетики.
Общие сведения об атомной и ядерной природе
вещества
Элементы квантовой механики
Свойства атомного ядра
Ядерные модели.
Естественная и искусственная радиоактивности.
Ядерные реакции.
Сечения ядерных реакций.
Термоядерные реакции.
Нейтронные реакции.
Теория деления ядер
Цепная ядерная реакция.
Ядерные реакторы.
Ускорители заряженных частиц.
Инжектирование вторичного излучения.
Практические занятия
Введение. Состав атома.
Атомное ядро. Свойства атомного ядра
7
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Расчет плотности ядерной жи.дкости
Энергия связи ядра
Естественная радиоактивность. Расчет активности
изотопов.
Взаимодействие радиационного излучения с
веществом. Параметр столкновения.
Расчеты пробегов заряженных частиц в веществе.
Элементы физики защиты ядерных реакторов.
Расчет сечений ядерных реакций.
Условия возникновения радиационных дефектов в
кристаллических решетках
Термоядерный синтез. Условия удержания
плазмы.
Ускорение заряженных частиц.
Условие возникновения вторичного излучения.
Расчет сечений нейтронных реакций
Приборы для измерения радиационного
излучения.
4 Список литературы
Список основной литературы
1. Ракобольская И.В. Ядерная физика.- М. Атомиздат.,1974.
2. Мухин К.Н. Введение в ядерную физику. – М:Атомиздат,1974.
Список дополнительной литературы
3. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. –М.Наука,1980.
4. Физические величины. Справочник. - М: Энергоатомиздат.1991
8
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общие положения……………………………………...……………….…….…..3
2. Система оценки знаний студентов……………………………….……………...3
3. Содержание дисциплины…………………………………………….………......4
4. Содержание лекций……………………………………………………………….5
5. Содержание практических занятий......................................................................6
6. Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов
под руководством преподавателя (СРСП)………………………............................6
7. Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (СРС)…………7
8. График проведения занятий ………………………….......................................7
9. Список литературы…………………………………………………..........……..8
9