Dydaktyka

Pracownia fizyczna dla zaawansowanych (fizyka jądrowa) (2023/24 Lato)

• Strona przedmiotu $\rightarrow$ Kampus

Neutronika (2023/24 Lato)

• Wykład 1 - Wstęp

• Wykład 2 - Rozpraszanie elastyczne

• Wykład 3 - Reaktor punktowy - Problem 1 (termin: 18.04.2024)

• Wykład 4 - Zależność czasowa

• Wykład 5 - Strumień neutronów

• Wykład 6 - Równanie dyfuzji - (część wykładu) Problem 2 (termin: 15.05.2024)

Prace dyplomowe

Poniżej zaprezentowane są przykładowe tematy prac dyplomowych. Propozycje te mogą być modyfikowane, w zależności od oczekiwań oraz zainteresowań osoby wykonującej pracę. Istnieje także możliwość samodzielnego zaproponowania innych tematów z zakresu fizyki jądrowej oraz dyskusji możliwości ich wykonania ze względów technicznych oraz czasowych.

Propozycje prac licencjackich

Pomiar zawartości uranu w skałach

Uran jest naturalnie występującym pierwiastkiem na Ziemi. Można go znaleźć w większości skał, glebie czy wodzie. Pod względem rozpowszechnienia w ziemskiej skorupie zdecydowanie przewyższa takie pierwiastki jak srebro, rtęć, platynę czy złoto. Średnia zawartość uranu to około 2 - 3 mg/kg. Zadaniem jest pomiar zawartości uranu w wybranych przez siebie próbkach skał lub innych materiałów metodami spektroskopii gamma. Praca będzie wykonana w Zakładzie Fizyki Jądrowej przy użyciu detektorów germanowych oraz specjalnych ołowianych domków niskotłowych.

Neutronowa analiza aktywacyjna

Naturalnie występujące pierwiastki w większości nie są radioaktywne. Jednak po przyłączeniu dodatkowego neutronu wiele z nich ulega przemianie beta, której może towarzyszyć promieniowanie gamma. To zjawisko wykorzystuje się w neutronowej analizie aktywacyjnej (NAA), która jest niedestrukcyjną metodą badania składu materiałów stosowaną m.in. w przemyśle, geologii, archeologii czy kryminalistyce.

Celem pracy jest zaplanowanie eksperymentu, a następnie wykorzystanie techniki NAA do zbadania wybranych przez siebie próbek materiałów.

Czułość neutronowej analizy aktywacyjnej

Neutronową analizę aktywacyjną (NAA) przeprowadza się zwykle za pomocą reaktorów lub specjalnych źródeł neutronów, gdzie mamy do czynienia ze strumieniami neutronów rzędu $10^{9}-10^{14}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$. Na Wydziale Fizyki dysponujemy źródłem plutonowo-berylowym o strumieniu około 2000 neutronów cm$^{-2}$s$^{-1}$. Do jakich celów można wykorzystać tak niewielkie źródło? Jaka jest jego czułość, w zależności od badanego pierwiastka? Czy można zaproponować jakąś modyfikację tej metody w naszych warunkach, aby uzyskać lepsze wyniki? Praca składa się z pomiarów doświadczalnych, weryfikujących wydajność detektorów, wielkość strumienia i innych czynników, oraz z części obliczeniowej, w której trzeba skorzystać z baz danych, aby wyznaczyć czułość NAA w warunkach wydziałowych.

Pomiar widma neutronów metodą aktywacyjną

Jedną z metod wyznaczania widma energetycznego neutronów jest pomiar aktywacyjny. Do strumienia wkładamy specjalnie dobrane izotopy, które ulegają reakcji wychwytu neutronów z największym prawdopodobieństwem tylko w pewnych wybranych przedziałach energii neutronów. Dodatkowo pomiary można wykonać ekranując niektóre materiały np. przez izotopy wychwytujące neutrony termiczne. W pracy postaramy się wykorzystać tę metodę do ustalenia profilu strumienia neutronów w źródle używanym na Wydziale Fizyki.

Propozycje prac magisterskich

Spektroskopia fragmentów powstających w reakcji rozszczepienia wywołanego ciężkimi jonami

Rozszczepienie jądra atomowego jest procesem, który skupia niemal całą wiedzę o fizyce jądrowej. Po pierwsze mamy tu do czynienia z reakcją jądrową, w którym powstaje jądro złożone i do której opisu potrzebujemy zarówno mikroskopowego opisu sił jądrowych, jak i kolektywnego zachowania się całej grupy nuklidów. Wzbudzone jądro, będące kwantowym dynamicznym układem, następnie może ulec rozszczepieniu przechodząc przez różne deformacje kształtu. Powstające fragmenty emitują neutrony i promieniowanie gamma, do opisu tego zjawiska wykorzystujemy zarówno statystyczną jego naturę, jak i kwantowy charakter stanów wzbudzonych jądra. Wreszcie, uzyskane fragmenty zazwyczaj posiadają nadmiar neutronów, więc ulegają rozpadom beta. Aby zrozumieć cały ten skomplikowany proces, musimy użyć wiedzy o każdym z jego aspektów i pomimo dziesiątków lat pracy, daleko nam jeszcze do pełnego i poprawnego zrozumienia. Badając eksperymentalne rozszczepienie oglądamy głównie stan końcowy, czyli fragmenty jądra, mierzymy rozkładach ich mas, energiach wzbudzeń, emitowane promieniowanie i inne własności.

Praca polega na analizie własności promieniowania gamma emitowanego przez wybrany fragment lub fragmenty rozszczepienia. Eksperymenty były lub będą przeprowadzony na układzie nu-Ball w ośrodku ALTO we Francji oraz EAGLE w Warszawskim Cyklotronie i jest częścią prowadzonych badań w których dalszych etapach można brać czynny udział w najróżniejszych formach.

Najważniejsze emitery neutronów opóźnionych w środowisku reaktorów jądrowych

Zjawisko emisji neutronów opóźnionych po rozpadzie beta jest jednym z kluczowych zjawisk niezbędnych do kontrolowania reaktorów. Spodziewamy się, że około 270 różnych fragmentów rozszczepienia $^{236}$U powinno emitować neutrony opóźnione. Do dziś pomierzono doświadczalnie około 100 z nich. Te dane, połączone z modelami teoretycznymi nie są w stanie wyjaśnić struktury czasowej emisji neutronów z uranu lub innych paliw jądrowych naświetlanych neutronami. Dlatego w praktyce stosuje się tzw. przybliżenie 6 grup. Celem pracy jest obliczenie, które z nuklidów mają największe znaczenie w reaktorach i które powinny zostać pomierzone eksperymentalnie w pierwszej kolejności, aby wyjaśnić opisany problem. Praca wymaga analizy baz danych oraz umiejętności programowania w języku odpowiednim do obliczeń numerycznych.

Zespołowe projekty studenckie

Zakończone

• Neutronowa analiza aktywacyjna $\rightarrow$ raport

• Licznik Geigera-Mullera $\rightarrow$ raport

Propozycje

Licznik ruchów wahadła (2023/24 Lato)

Klasycznym ćwiczeniem wykonywanym na pracowni wstępnej jest pomiar przyspieszenia ziemskiego na podstawie okresu drgań wahadła. Wymaga to między innymi dość nużącego i mało pouczającego zliczania wahnięć. Tę część zadania można uprzyjemnić konstruując licznik ruchów wahadła z wykorzystaniem mikrokontrolera takiego jak np. Arduino i odpowiednich czujników. Celem projektu jest skonstruowanie praktycznego i względnie niedrogiego licznika, który byłby rzeczywiście wykorzystywany na pracowni wstępnej. Strona ZPS.