Методические рекомендации студентам

Методические рекомендации студентам по изучению дисциплины «Физика
атомного ядра и частиц»
Физика создает универсальную базу для изучения профессиональных и специальных
дисциплин, закладывает фундамент последующего обучения в магистратуре, аспирантуре.
Она даёт цельное представление о физических законах окружающего мира в их единстве и
взаимосвязи, вооружает специалистов необходимыми знаниями для решения научнотехнических задач в теоретических и прикладных аспектах.
По дисциплине “Физика атомного ядра и частиц” Вам предстоит прослушать курс
лекций, выполнить план практических занятий (решение задач) и сдать экзамен.
На изучение “ Физики атомного ядра и частиц ” отведено 108 часов учебного времени (3
зачетных единицы), из них:
34 часа – лекции,
17 часов – практические занятия,
57 часов – самостоятельная (домашняя) работа по работе с конспектами лекций,
изучению литературы, подготовке к практическим занятиям, выполнению домашних заданий
по решению задач, подготовке к сдаче экзамена.
В этом же семестре Вы выполните серию лабораторных работ по физике атомного ядра
и частиц, проводимых по программе «Общефизического практикума». После выполнения и
защиты отчетов по всем лабораторным работам Вам будет поставлен зачет.
Знания и умения (компетенции), полученные при изучении данной дисциплины, будут
использованы Вами при освоении профессиональных и профильных дисциплин, в т.ч.
“Астрофизика” и “Квантовая электродинамика”, дисциплин “Физическая электроника”
и “Квантовая радиофизика”, “Твердотельная электроника”, ”Технические средства
физической охраны объектов”, “Техническая защита информации”, изучаемых в следующих
семестрах.
Дисциплина «Физика атомного ядра и частиц» формирует основу знаний о первичных
свойствах вещества. Вы познакомитесь с явлениями и законами в физике атомного ядра и
элементарных частиц, современными астрофизическими представлениями о
характеристиках, образовании и эволюции Вселенной. Получите представления об основах
ядерной энергетики, дозиметрии, химическом и биологическом действиях ионизирующих
излучений.
«Физика атомного ядра и частиц» является завершающей частью курса «Общей физики».
Сложность изучения материала по дисциплине «Физика атомного ядра и частиц» заключается
в следующем:
- требуются хорошие знания предыдущих разделов курса Общей физики;
- современная физика частиц находится в стадии интенсивного развития и далека от
завершения;
- как всякая новая область физики, физика частиц имеет свой математический аппарат. Это
теория групп, теория тензоров, расслоения, многообразия, суперсимметрии;
- поскольку Вы еще недостаточно владеете необходимым математическим аппаратом,
изложение материала будет иметь обзорный и описательный характер, однако требующий
освоения большого количества новых терминов, понятий и определений.
Поэтому настоятельно советуем Вам просмотреть конспекты лекций и освежить знания
по предыдущим разделам курса Общей физики, особенно по Физике атомов и атомных
явлений. Библиотека университета располагает учебниками и учебными пособиями,
включенными в основной и дополнительный список литературы.
Лекции.
На лекциях рассматриваются основные положения теоретического курса. Физика
атомного ядра, физика элементарных частиц и астрофизика находятся в стадии развития. Их
современное состояние не в полной мере отражено в имеющихся учебниках. Это относится и
к прикладным аспектам – проблемам ядерной энергетики, биологического действия
излучений, дозиметрии и т.д., информация по которым содержится в различных научнотехнических изданиях. Поэтому обязательное посещение лекций – непременное условие
усвоения программы дисциплины и успешной сдачи экзамена.
Проработку лекционного материала можно проводить как после каждой лекции, так и
по завершению темы. Это позволит связать воедино полученные сведения и составить
цельную картину. Материал прорабатывается с использованием конспекта, основной и
дополнительной литературы, ресурсов Интернет. На первом же занятии получите у
преподавателя программу дисциплины и список рекомендованной литературы.
Сформулируйте вопросы преподавателю, которые рекомендуется задавать в начале
следующей лекции или практического занятия. Это поможет глубже понять суть явлений и
осуществить плавную подготовку к экзамену.
Из-за ограниченности лекционного времени часть вопросов программы дисциплины
вынесена на самостоятельное изучение:
Тема 1.10. Источники и методы регистрации частиц
Источники заряженных частиц. Ускорители. Источники γ-квантов. Источники нейтронов.
Методы регистрации частиц. Детекторы, их типы и характеристики. Трековые детекторы.
Ядерные фотоэмульсии. Пузырьковые камеры. Камера Вильсона. Электронные детекторы.
Счетчики заряженных частиц и  -квантов. Гамма-спектрометры и нейтронные детекторы.
Тема 2.9. Большие машины физики
Ускорители. Супермашины физики: Тэватрон Лаборатории Ферми. ЦЕРН Большой
адронный коллайдер. Международный линейный коллайдер (ILC) (проект)
Тема 1.10 соответствует тематике лабораторных работ «Общефизического
практикума». Изучение вопросов темы производится по учебной и методической литературе
при подготовке к выполнению лабораторных работ.
Изучение темы 2.9 имеет ознакомительный характер. Она достаточно широко и
доступно освящена в рекомендованной литературе. Много интересного материала можно
найти в интернет источниках.
Практические занятия
Практические занятия проводятся после прочтения лекций по соответствующему
разделу. Темы занятий:
1. Энергия связи ядра. Формула Вайцзекера.
2. Оболочечная модель ядра. Спин и магнитный момент ядра.
3. Законы радиоактивного распада.
4. α- и β-распады.
5. Ядерные реакции.
6. Кварковая модель адронов.
7. Взаимодействия частиц.
8. Дозиметрия.
9. Защита от излучений
При подготовке к занятию необходимо повторить соответствующие вопросы
теоретического курса. По каждой теме Вам нужно будет решить не менее 10 задач. Часть из
них вы разберете на занятии, остальные будете решать дома самостоятельно. В течение
учебного семестра Вы должны принять участие в 8 практических занятиях и решить
минимум 70 задач. Домашние задания выполняются в отдельной тетради и предъявляются
преподавателю для проверки.
Для проверки усвоения материала проводятся контрольные работы по решению задач
(1 час на практическом занятии). Обычно дается 3 задачи по пройденным темам. Освоение
всех тем практикума и успешное решение задач контрольных работ является необходимым
условием для получения положительной оценки на экзамене.
Лабораторный практикум
Использование изученного материала происходит при выполнении лабораторных
работ «Общефизического практикума». Тематика лабораторных работ направлена на
экспериментальную проверку теоретических положений, приобретения опыта в проведении
экспериментов, выработку умений и навыков работы с радиоактивными препаратами.
Экзамен.
Экзамен по дисциплине проводятся в соответствии с «Положением о проведении
текущего контроля и промежуточной аттестации студентов в Пермском государственном
университете».
Контроль достижения целей преподавания дисциплины включает:
- контроль степени усвоения теоретических знаний в объеме программы дисциплины,
- контроль приобретения умений и навыков (формирования компетенций) в применении
усвоенных знаний на практике.
В результате изучения дисциплины Вы должны:
иметь представление:
– об основных проблемах современной ядерной физики и физики элементарных частиц и о
роли физики в научно-техническом прогрессе;
– о первичных свойствах вещества, фундаментальных физических константах, роли
симметрии в природе;
– об основах современных астрофизических представлений о характеристиках,
образовании и эволюции Вселенной, Галактики и звезд;
– о современном состоянии и перспективах ядерной энергетики и связанных с ней
экологических проблемах;
знать:
– основные физические понятия и модели, отражающие свойства реального мира на
субатомном уровне;
– основные физические законы, их математическое выражение и границы
применимости;
– основные методы и приемы решения конкретных задач из области ядерной физики и
физики элементарных частиц;
уметь:
- строить математические модели физических явлений и процессов;
- решать типовые физические задачи в области физики атомного ядра и
частиц;
– пользоваться основными понятиями, законами и моделями физики при решении
практических задач обеспечения информационной безопасности;
– правильно использовать научную терминологию в области физики;
– понимать, излагать и критически анализировать базовую общефизическую информацию,
полученную из различных источников: лекций, учебников, научно-технической литературы,
справочников и Интернет-ресурсов;
владеть:
– методами теоретического исследования физических явлений и процессов;
– навыками применения математического аппарата для решения физических задач;
– безопасной работы с источниками ионизирующих излучений.
Экзамен проводится в устной или письменной форме, по билетам, составленным в
соответствии с программой курса. Список экзаменационных вопросов вам будет выдан
лектором или преподавателем, проводящим практические занятия.
Экзаменатору предоставляется право задавать студентам вопросы сверх билета, в
соответствии с учебной программой. Выполнение плана практических занятий в полном
объеме и решение всех задач контрольных работ является обязательным для получения
положительной оценки на экзамене. При выставлении экзаменационной оценки
учитываются оценки успешности Вашей работы на практических занятиях и при
выполнении лабораторных работ.
Перед экзаменом проводится консультация.
При явке на экзамен Вы обязаны иметь при себе зачетную книжку, которую
предъявляете экзаменатору в начале экзамена. Приём экзамена без зачётной книжки не
разрешается. Запрещается приём экзаменов без экзаменационной ведомости или
экзаменационного листа.