Модуль 5. Основи квантової фізики та фізики ядра

Тема 5.1. Квантова оптика. Теплове випромінювання та люмінесценція. Випромінювання абсолютно чорного тіла. Закон Кірхгофа. Закони Стефана - Больцмана та Віна. Утруднення класичної теорії теплового випромінювання. Квантова гіпотеза та формула Планка для спектра абсолютно чорного тіла. Оптична пірометрія.

Тема 5.2. Корпускулярно-хвильовий дуалізм випромінювання. Зовнішній фотоефект, його закономірності. Рівняння Ейнштейна для фотоефекту. Використання фотоефекту в техніці. Фотони, їхня маса та імпульс. Світловий тиск. Ефект Комптона та його пояснення. Корпускулярно-хвильовий дуалізм електромагнітного випромінювання.

Тема 5.3. Хвильові властивості матерії. Корпускулярно-хвильовий дуалізм речовини. Формула де Бройля. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга та хвильові властивості мікрочастинок. Границі застосовності класичної механіки.

Рівняння Шредінгера. Хвильова функція, її фізичний зміст. Приклади розрахунку поведінки електрона в найпростіших полях. Квантування енергії електрона.

Тема 5.4. Будова атома. Теорія Бора. Рівняння Шредінгера для атома водню. Квантування енергії, механічного та магнітного моментів орбітального руху електрона. Квантові числа та їхній фізичний зміст. Спін електрона. Спектр атома водню та воднеподібних атомів.

Тема 5.5. Квантова електроніка та спектроскопія. Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомах за енергетичними станами. Періодична система елементів. Оптичні та глибинні електрони. Рентгенівські спектри атомів. Фізична природа хімічного зв’язку. Енергетичні рівні та спектри молекул.

Взаємодія світла з квантовими системами: поглинання, спонтанне та вимушене резонансне випромінювання. Принцип дії лазерів, їхні типи та практичне використання.

Тема 5.6. Основи електроніки. Елементи зонної теорії твердих тіл. Статистики Фермі  Дірака та Бозе  Ейнштейна. Рівень Фермі. Заповнення енергетичних зон.

Метали, діелектрики та напівпровідники з точки зору зонної теорії. Провідність твердих тіл. Надпровідність та її пояснення. Куперівські пари. Ефекти Джозефсона. Електропровідність напівпровідників. Донорні та акцепторні напівпровідники. Контакти напівпровідників різних типів та напівпровідників з металами. Діод. Напівпровідникові прилади. Мікросхеми. Основи нанотехнологій.

Акустичні та оптичні коливання кристалічної решітки. Фонони. Теплоємність кристалів. Природа феро- та антиферомагнетизму.

Тема 5.7. Ядро. Склад, будова та характеристики атомних ядер. Основні властивості ядерних сил. Моделі ядер.

Тема 5.8. Ядерні реакції та радіоактивність. Ядерні реакції, їхній механізм та класифікація. Закони збереження в ядерних реакціях. *Одержання та використання радіоактивних ізотопів.

Закон радіоактивного розпаду. Активність нукліду. Закономірності альфа- та бета-розпадів. Нейтрино.

Тема 5.9. Основи ядерної безпеки. Взаємодія іонізуючих випромінювань з речовиною. Поглинання радіоактивних випромінювань. Радіаційна стійкість матеріалів. Доза та потужність дози опромінення, біологічна дія іонізуючих випромінювань. Методи реєстрації радіоактивного випромінювання.

Тема 5.10. Ядерна енергетика. Дефект маси та енергія зв’язку атомних ядер. Два шляхи одержання внутрішньоядерної енергії. Ланцюгова реакція поділу ядер. Ядерні реактори. Реакції синтезу атомних ядер. Проблеми керованого термоядерного синтезу. Переваги та недоліки ядерної енергетики. Енергія зірок.

Тема 5.11*. Сучасна фізична картина світу. Субатомні частинки, їхня класифікація та основні властивості. Частинки та античастинки. Кваркова модель будови матерії. Проблеми фізики та астрофізики.