23467 física nuclear - Descripción: Descripción: Descripción

Titulación: Ingeniero Industrial
3º
ETSEIB
23467 FÍSICA NUCLEAR
Q6
Departamento:
Coordinador/a:
Tipo
Optativa
721
Física y Enginyeria Nuclear
Agustí Poch y Parés
Pavelló C Planta 0
Créditos Teoría / Problemas / Laboratorio:
3 / 1,5 / 1,5
Créditos europeos ECTS: 5
Idioma/s: Catalán
OBJETIVOS
Objetivo general
**
Proporcionar los conocimientos básicos de la Física Nuclear sobre los cuales se basa el uso y el
aprovechamiento:
- de la energía de origen nuclear
- de los radisótopos y de las radiaciones ionizantes
y remarcar los beneficios y las consecuencias que de ello se derivan.
Objetivos específicos
**
Ofrecer una visión de la Física Nuclear que ponga de manifiesto las interrelaciones de las distintas
partes que la componen, así como su desarrollo histórico, de manera que se consiga una imagen
global de esta parte de la Física.
**
Habituar en el uso de algunos de los principales apararos y de 'algunas técnicas utilizadas en el
campo de la experimentación nuclear.
CONTENIDOS
1.
INTERACCIONES FUNDAMENTALES Y ESTRUCTURA DE LA MATERIA (3h)
1. Naturaleza atómica de la materia. 2. Unidades de masa y energía. 3. Equivalencia
entre masa y energía. 4. Estructura de la materia. Las cuatro interacciones
fundamentales. 5. Distintos tipos de fenómenos que pueden presentarse en la interacción
de dos partículas. Sistemas de referencia utilizados en Física Nuclear. 6. Noción de
sección eficaz: a) sección eficaz microscópica para una interacción dada, b) sección
eficaz macroscópica y recorrido libre medio, c) tasa de una reacción, d) sistemas
polienergéticos, e) secciones eficaces diferenciales.
2.
ESTRUCTURA ATÓMICA Y RADIACIÓN ATÓMICA (2h)
1. La radiación electromagnética, los fotones. 2. Niveles de energía atómica. 3. Excitación y ionización.
4. Fluorescencia y fosforescencia. 5. Los rayos X. 6. Los electrones Auger.
3.
ESTRUCTURA NUCLEAR ( 3h)
1. El núcleo y las fuerzas nucleares. 2. Diversos tipos de nucleidos. 3. Masa, carga y radio nuclear. 4.
Estabilidad nuclear. 5. Energía de enlace de un núcleo. 6. Energía de separación de una partícula. 7.
Primera idea de los modelos nucleares: a) El modelo de la gota líquida y la fórmula semiempírica de la
masa. b) El modelo de capas y los niveles de energía nucleares.
4.
RADIACTIVIDAD ( 2h)
1. Distintos tipos de procesos radiactivos. 2. Leyes de la emisión radiactiva. La teoría continua: a) una
sola sustancia; b) mas de una substancia. Equilibrios nucleares. 3. Ramificaciones. 4. Radiactividad
natural. 5. Radiactividad artificial. Activación.
5.
INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LOS PROCESOS alfa, beta y gamma ( 2h)
1. Radiactividad alfa. 2. Radiactividad beta. 3. Emisión de rayos ?. 4. Isomerismo nuclear conversión
interna.
6.
INTERACCIÓN DE LAS PARTÍCULAS CARGADAS CON LA MATERIA ( 3h)
1. Mecanismos de perdida de energía de las partículas cargadas. 2. Ionización y excitación. Radiación
de frenado. 3. Poder de frenado. Transferencia lineal de energía. 4. Alcance. 5. Interacción de las
partículas a con la materia. 6. Interacción de les partículas ß con la materia.
7.
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA CON LA MATERIA
(2h)
1. Conceptos fundamentales sobre interacción de la radiación electromagnética. 2. Efecto fotoeléctrico.
3. Efecto Compton. 4. Producción de pares. 5. Atenuación y absorción de la radiación gamma.
8.
INTRODUCCIÓN A LA DOSIMETRÍA (1h)
1. Aspectos generales. 2. Magnitudes y unidades dosimétricas. 3. Dosimetría de partículas cargadas. 4.
Dosimetría de fotones. 5. Principales dispositivos de dosimetría y protección radiológica.
9.
SISTEMAS DE DETECCIÓN DE LAS RADIACIONES ( 2h)
1. Introducción. 2. Detectores de ionización gaseosa. Aspectos generales. 3. Cámaras de ionización.
4.Contadores proporcionales. 5. Contadores Geiger. 6. Detectores de centelleo: a) introducción b)
substancias luminiscentes c) fotomultiplicadores d) consideraciones prácticas. 7. Espectroscopia de
radiación ? mediante detectores de centelleo. 8. Detectores de semiconductores.
10. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS REACCIONES NUCLEARES (3h)
1. Descripción de una reacción nuclear. 2. Cinemática de una reacción nuclear y otras leyes de
conservación. 3. Sección eficaz de una reacción nuclear. Función de excitación. 4. Modelos para el
estudio de las reacciones nucleares. 5. Modelo del núcleo compuesto, hipótesis de Bohr. 6. Fórmula
de Breitt y Wigner para una resonancia aislada para una partícula sin spin. 7. Reacciones directas.
11. INTERACCIONES NEUTRÓNICAS ( 3h)
1. El neutrón. Clasificación de los neutrones según su energía. 2.Descripción y características
generales de las interacciones de los neutrones con la materia. 3. La difusión elástica y inelástica. 4.
La captura radiativa. 5. Captura con emisión de partículas cargadas.
12. FISIÓN NUCLEAR. LA REACCIÓN DE FISIÓN EN CADENA ( 3h)
1. Características generales de la reacción de fisión. 2. Aplicación del modelo de la gota líquida al
estudio de la fisión. 3. Fisión espontánea y fisión inducida. Nucleidos físiles y nucleidos fisionables. 4.
Secciones eficaces de las reacciones de fisión. 5. Energía liberada en la reacción de fisión. 6. Los
productos de fisión. 7. Neutrones y fotones ? emitidos en la reacción de fisión. 8. Reacción de fisión en
cadena. Magnitudes que la caracterizan. 9. Condiciones de criticidad. Fórmula de los cuatro factores.
13. REACCIONES TERMONUCLEARES (1h)
1. Interés práctico de estas reacciones. 2. Las reacciones termonucleares naturales. 3. Reacciones
utilizables al laboratorio. 4. Condiciones necesarias para la divergencia de un reactor de fusión. 5.
Realizaciones prácticas.
METODOLOGÍA
Las actividades docentes quedan agrupadas en las siguientes categorías:
a)
Sesiones de exposición en las que los profesores desarrollaran los principales temas, para
facilitar la comprensión de sus contenidos.
b)
Sesiones de experiencias de laboratorio en las que los estudiantes, con la supervisión de los
profesores, harán los trabajos experimentales y ordenarán los correspondientes resultados.
c) Sesiones de discusión y de síntesis en las que los profesores conjuntamente con los
estudiantes debatirán las principales ideas de algunos de los bloques temáticos desarrollados en
las sesiones de exposición o que se hayan planteado en las experiencias de laboratorio.
d)
Trabajos asistidos, en los que los estudiantes con las orientaciones proporcionadas por el
profesorado resolverán casos prácticos y problemas relacionados con la temática desarrollada en
las sesiones de exposición o en las experiencias de laboratorio.
Experiencias de laboratorio
L1. Espectroscopia de la radiación gamma mediante un analizador monocanal y sonda de centelleo.
L2. Estadística de procesos radiactivos. Determinación del histograma de recuento en una cadena de
detección Geiger y determinación del tiempo muerto por el método de las dos fuentes.
L3. Transmisión de la radiación gamma a través de un medio material. Determinación del coeficiente
másico de absorción mediante la detección de los fotones vírgenes transmitidos.
L4. Utilización de una cámara de ionización con electroscopio.
L5. Medida de la actividad gamma mediante la eficiencia del fotopico obtenido con una sonda de
centelleo y un analizador monocanal.
L6. Espectrometría de partículas alfa mediante un detector de semiconductor de silicio "PIPS".
Trabajos asistidos
T1.
T2.
T3.
T4.
Simulación de la evolución de una cadena radiactiva. Simulación de una activación.
Simulación de la cinemática de una reacción nuclear.
Simulación por Montecarlo de un detector de INa.
Método de las ondas parciales para el cálculo de las secciones eficaces.