Nazwa modułu: Podstawy fizyki i techniki jądrowej Rok akademicki: 2012/2013 Kod: JFM-1-406-s Punkty ECTS: 6 Wydział: Fizyki i Informatyki Stosowanej Kierunek: Fizyka Medyczna Specjalność: Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 4 Strona www: Osoba odpowiedzialna: prof. dr hab. inż. Kreft Andrzej (Andrzej.Kreft@fis.agh.edu.pl) Osoby prowadzące: prof. dr hab. inż. Kreft Andrzej (Andrzej.Kreft@fis.agh.edu.pl) dr Bolewski Andrzej (bolewski@fis.agh.edu.pl) dr inż. Ciechanowski Marek (marekc@agh.edu.pl) Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Ma podstawową wiedzę o różnych rodzajach promieniowania; ich źródłach, oddziaływaniu z materią oraz metodach ich detekcji FM1A_W06, FM1A_W10 Egzamin, Kolokwium M_W002 Ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą podstaw fizycznych wybranych jądrowych metod pomiarowych oraz możliwości ich wykorzystania w różnych obszarach ludzkiej aktywności FM1A_W06, FM1A_W04 Egzamin, Kolokwium Umiejętności M_U001 Potrafi wykonać typowe pomiary z zakresu techniki jądrowej, przeprowadzić analizę danych doświadczalnych z uwzględnieniem oceny niepewności uzyskanych wyników oraz napisać sprawozdanie z wykonanej pracy FM1A_U03 Egzamin, Sprawozdanie, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych M_U002 Potrafi dobrać właściwą metodę pomiaru z zależności od rozwiązywanego problemu FM1A_U07, FM1A_U18, FM1A_U08, FM1A_U09 Egzamin, Kolokwium 1 / 6
M_U003 Potrafi rozwiązywać typowe zadania z zakresu podstaw fizyki jądrowej FM1A_U08 Egzamin, Kolokwium, Aktywność na zajęciach Kompetencje społeczne M_K001 Potrafi pracować indywidualnie i w zespole FM1A_K06 Kolokwium, Sprawozdanie, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych M_K002 Rozumie potrzebę współpracy specjalistów z różnych obszarów nauki przy rozwijaniu i stosowaniu zaawansowanych technologicznie metod diagnostyki i terapii medycznej FM1A_K06 Egzamin Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 Ma podstawową wiedzę o różnych rodzajach promieniowania; ich źródłach, oddziaływaniu z materią oraz metodach ich detekcji Ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą podstaw fizycznych wybranych jądrowych metod pomiarowych oraz możliwości ich wykorzystania w różnych obszarach ludzkiej aktywności + + + - - - - - - - - + - + - - - - - - - - Umiejętności M_U001 M_U002 Potrafi wykonać typowe pomiary z zakresu techniki jądrowej, przeprowadzić analizę danych doświadczalnych z uwzględnieniem oceny niepewności uzyskanych wyników oraz napisać sprawozdanie z wykonanej pracy Potrafi dobrać właściwą metodę pomiaru z zależności od rozwiązywanego problemu + - + - - - - - - - - + - + - - - - - - - - M_U003 Potrafi rozwiązywać typowe zadania z zakresu podstaw fizyki jądrowej + + - - - - - - - - - 2 / 6
Kompetencje społeczne M_K001 M_K002 Potrafi pracować indywidualnie i w zespole Rozumie potrzebę współpracy specjalistów z różnych obszarów nauki przy rozwijaniu i stosowaniu zaawansowanych technologicznie metod diagnostyki i terapii medycznej - + + - - - - - - - - + - - - - - - - - - - Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Wprowadzenie (2 godz.): zakres merytoryczny przedmiotu, uwagi o strukturze materii, zarys historii fizyki jądrowej: odkrycie promieniotwórczości, odkrycie jądra atomowego, odkrycie neutronu, odkrycie zjawiska rozszczepienia jąder atomowych. Własności jąder atomowych(2 godz.): skład, ładunek, momenty elektromagnetyczne, rozmiary, masa, siły jądrowe, energia wiązania, stabilność jąder, stany wzbudzone jąder. Spontaniczne przemiany jąder atomowych (2 godz.): rozpady alfa i beta, emisja promieniowania gamma, konwersja wewnętrzna, spontaniczne rozszczepienie; zjawiska atomowe następujące po przemianach jądrowych, statystyczne prawo rozpadu promieniotwórczego, rozpady sukcesywne, promieniotwórczość naturalna. Wymuszone przemiany jąder atomowych (2 godz.): przekrój czynny, zasady zachowania w reakcjach jądrowych, przegląd typów reakcji jądrowych. Źródła promieniowania X, gamma i neutronów (2 godz.): izotopowe i akceleratorowe źródła promieniowania X i gamma, izotopowe i akceleratorowe źródła neutronów. Oddziaływanie cząstek naładowanych z materią (2 godz.). Oddziaływanie promieniowania X i gamma z materią (2 godz.). Oddziaływanie neutronów z materią, transport neutronów (2 godz.). Detektory i spektrometria promieniowania X i gamma (2 godz.). Detektory i spektrometria neutronów (2 godz.). Jądrowe metody pomiarowe oraz ich zastosowania w różnych obszarach działalności człowieka (6 godz.): rentgenowska analiza fluorescencyjna, techniki pomiarowe oparte oddziaływaniu promieniowania gamma i X z materią, podstawy tomografii komputerowej, techniki analityczne oparte na oddziaływaniu neutronów z materią. Znaczniki promieniotwórcze w diagnostyce medycznej (2 godz.): techniki SPECT i PET. Podstawy fizyczne radioterapii opartej na użyciu promieniowania gamma, podstawy fizyczne radioterapii hadronowej (2 godz.). Ćwiczenia audytoryjne Ze względu na skrajnie mały wymiar godzin kontaktowych dużą wagę przypisuje się samodzielnej pracy studentów. Prowadzący zadaje studentom, z odpowiednim wyprzedzeniem, stosunkowo dużo zadań do samodzielnego rozwiązania (w sumie około 50), z których tylko część może być przedyskutowana na zajęciach. Kontroli pracy domowej służą krótkie sprawdziany przeprowadzane na wszystkich pięciu zajęciach. Na ćwiczeniach powinny być analizowane zadania typowe oraz wskazane przez studentów jako trudne. Przy wystawianiu oceny brane są pod uwagę wyniki 3 / 6
sprawdzianów oraz aktywność na zajęciach. Tematyka zadań: Energia wiązania jąder Analiza reakcji jądrowych z punktu widzenia zasad zachowania Naturalna i sztuczna promieniotwórczość oraz różne zastosowania pomiarów promieniotwórczości Mechanizmy oddziaływania promieniowania z materią Zasięgi różnych rodzajów promieniowania w określonych materiałach Osłony przed promieniowaniem Obliczanie dawek ekspozycyjnych i pochłoniętych Efekty kształcenia: Wyrobienie u studenta nawyku do ilościowego analizowania zjawisk zachodzących w skali atomowej i subatomowej Student potrafi rozwiązywać typowe proste zadania z wybranych obszarów fizyki jądrowej Student ma świadomość różnicy korzyści pomiędzy samodzielnym rozwiązywaniem zadań a przyglądaniem się jak to robią inni Student jest oswojony ze skalą zjawisk subatomowych Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia są prowadzone w Studenckiej Pracowni Radiometrii. Studenci wykonują ćwiczenia w zespołach dwuosobowych. Liczba zespołów wykonujących równocześnie ćwiczenia nie powinna być większa od pięciu. Studenci powinni przychodzić na zajęcia z napisaną częścią teoretyczną sprawozdania. Przygotowanie teoretyczne do ćwiczeń jest sprawdzane losowo przez osobę prowadzącą zajęcia. Po wykonaniu pomiarów studenci przedstawiają uzyskane wyniki osobie prowadzącej. Sprawozdania z opracowanymi wynikami pomiarów studenci oddają na kolejnych zajęciach. Zaliczenie danego ćwiczenia następuje z chwilą zaakceptowania sprawozdania przez osobę prowadzącą. Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest zaliczenie wszystkich ćwiczeń przewidzianych programem. Przy wystawianiu oceny bierze się pod uwagę przygotowanie teoretyczne do ćwiczeń, rzetelność w wykonywaniu pomiarów oraz jakość sprawozdań. Program ćwiczeń: Wprowadzenie (2 godz.): regulamin Pracowni, zasady postępowania ze źródłami promieniotwórczymi (studenci podpisuję oświadczenia o odbyciu przeszkolenia), sprawy organizacyjne (podział grupy na zespoły dwuosobowe i określenie dla każdego z nich harmonogramu zajęć) Wykonanie pięciu następujących ćwiczeń (5 3 godz): Statystyczny charakter rozpadów promieniotwórczych, Spektrometr gamma z detektorem półprzewodnikowym, Rentgenowska analiza fluorescencyjna (XRF), badanie układu koincydencyjnego, Oznaczanie zawartości manganu metodą aktywacyjną. Odrabianie zaległości i zaliczanie ćwiczeń (3 godz.) Efekty kształcenia: Student rozumie statystyczny charakter procesów jądrowych i potrafi oceniać związaną z tym niepewność wyników pomiarów Student potrafi właściwie postępować ze źródłami promieniowania Student potrafi przeanalizować wyniki pomiarów i napisać sprawozdanie z wykonanego eksperymentu Student potrafi posłużyć się typowymi przyrządami fizyki jądrowej, takimi jak detektory promieniowania, zasilacze, analizatory jednokanałowe i wielokanałowe 4 / 6
impulsów czy też układy koincydencyjne i antykoincydencyjne Student ma wiedzę o podstawach fizycznych i możliwościach zastosowań rentgenowskiej analizy fluorescencyjnej i neutronowej analizy aktywacyjnej Student czuje smak badań doświadczalnych Student ma świadomość ponoszenia osobistej odpowiedzialności za wyniki pracy zespołowej Sposób obliczania oceny końcowej Oceny z ćwiczeń audytoryjnych, laboratoryjnych(l) oraz z egzaminu (E) są ustalane zgodnie z Regulaminem Studiów AGH. Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu, z ćwiczeń audytoryjnych oraz ćwiczeń laboratoryjnych: OK = 0,5 x E + 0,3 x L + 0,2 x C Wymagania wstępne i dodatkowe Znajomość podstaw fizyki klasycznej i współczesnej Umiejętność posługiwania się podstawowym aparatem matematycznym niezbędnym w naukach fizycznych Znajomość metodyki rozwiązywania zadań z fizyki ogólnej Brak przeciwwskazań do pracy ze źródłami promieniowania jądrowego (dotyczy ćwiczeń laboratoryjnych) Zalecana literatura i pomoce naukowe B. Dziunikowski, O fizyce i energii jądrowej, Wyd. AGH, 2001 B. Dziunikowski, Zastosowania izotopów promieniotwórczych, Cz.1 i 2, Wyd. AGH, 1995 i 1998 G. Knoll, Radiation Detection and Measurements, John Wiley & Sons, 2010 B. Dziunikowski, S.J. Kalita, Ćwiczenia laboratoryjne z jądrowych metod pomiarowych, Wyd. AGH, 1995 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczeniach audytoryjnych: W przypadku nieobecności na ćwiczeniach audytoryjnych wymaga się od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału i zaliczenia go w wyznaczonym przez prowadzącego terminie, lecz nie później jak w ostatnim tygodniu trwania zajęć. Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 20% zajęć i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego, możliwości wyrównania zaległości. Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia z ćwiczeń audytoryjnych jest koniec zajęć w danym semestrze. Student może dwukrotnie przystąpić do poprawkowego zaliczania. Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż 20% zajęć i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości poprawkowego zaliczania zajęć. Od takiej decyzji prowadzącego zajęcia student może się odwołać do Dziekana. Sposób wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczeniach laboratoryjnych: Pod koniec semestru przewidziany jest dodatkowy termin ćwiczeń (ogłaszany 2 tygodnie wcześniej na tablicy ogłoszeń i przez prowadzących), w którym można wykonać pomiary, których student z przyczyn losowych nie mógł wykonać w pierwotnym terminie. Student może wówczas odrabiać ćwiczenia po uprzednim otrzymaniu zgody prowadzącego zajęcia w jego grupie oraz po uzyskaniu pozytywnej oceny z przygotowania teoretycznego potwierdzonej wpisem doprotokołu. Warunkiem zaliczenia zajęć laboratoryjnych jest zaliczenie wszystkich przypisanych studentowi ćwiczeń. Warunki zaliczenia pojedynczego ćwiczenia są następujące: - uzyskanie pozytywnej oceny z przygotowania teoretycznego, 5 / 6
- poprawne wykonanie pomiarów, - przedstawienie akceptowalnego sprawozdania z opracowaniem wyników. Warunkiem przystąpienie do egzaminu jest wcześniejsze uzyskanie zaliczeń z ćwiczeń audytoryjnych i laboratoryjnych. Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach audytoryjnych Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Przygotowanie do zajęć Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 30 godz 10 godz 20 godz 30 godz 40 godz 20 godz 2 godz 152 godz 6 ECTS 6 / 6