Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Modelowanie procesów jądrowych
Koordynator przedmiotu:
dr Marcin Słodkowski
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Fizyka Techniczna
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
Semestr nominalny:
1 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium30h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Znajomość podstaw fizyki ogólnej, mechaniki kwantowej, fizyki jądrowej i cząstek elementarnych, fizyki radiacyjnej, fizyki zderzeń ciężkich jonów. Znajomość programowania proceduralnego i obiektowego. Wymaga praktyczna wiedza z zakresu komputerowej analizy danych doświadczalnych. Znajomość środowiska do analizy i wizualizacji wyników ROOT.
Limit liczby studentów:
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest zapoznanie uczestników zajęć z metodami modelowania procesów jądrowych oraz nabycie umiejętności praktycznych w wykorzystywaniu programów do modelowania. Wykład zawiera przekrojowy program z interdyscyplinarnych dziedzin fizyki jądrowej - radiacyjnej fizyki jądrowej, fizyki wysokich energii, relatywistycznej fizyki jądrowej i fizyki zderzeń ciężkich jonów. Modelowanie procesów jądrowych stanowi nieodłączny element porównywania wyników eksperymentu z przewidywaniami teoretycznymi. Wiadomości podawane na wykładzie są niezbędne do celów eksperymentalnych w wielu dziedzinach fizyki jądrowej i cząstek elementarnych. W laboratorium komputerowym uczestnik zapozna się z szeroko pojętą tematyką zagadnień analiz off-line, do których zalicza się symulację i porównanie symulowanych wyników z danymi doświadczalnymi. Wykład i powiązane z nim laboratorium komputerowe stanowi wprowadzenie studentów do stosowanych metod i oprogramowania niezwykle ważnych dla specjalistów w zakresie fizyki jądrowej (w tym relatywistycznej fizyki jądrowej, inżynierii reaktorowej i fizyków wspomagających medycynę nuklearną).
Treści kształcenia:
Program zajęć 1. Wprowadzenie do programu zajęć. Czym jest modelowanie procesów jądrowych ? Rodzaje modelowania: statyczne, matematyczne (analityczne), statystyczne i dynamiczne. Najczęściej stosowane modele w fizyce jądrowej: statystyczne (Monte Carlo), dynamiczne (mikroskopowe UrQMD), kolektywne (HYDRO), wielociałowe (pQCD), strunowe, geometryczne (modelowanie propagacji cząstek w detektorze - GEANT). 2. Wstęp do programowania w FORTRANIE jako język programowania stosowany do symulacji procesów jądrowych. 3. Metody Monte Carlo. Dlaczego są używane ? Ich znaczenie w fizyce i technice eksperymentalnej. 4. Modelowanie w radiacyjnej fizyce jądrowej. Modelowanie geometryczne. GEANT – przedstawienie i omówienie cech funkcjonalnych, sposobu przygotowania danych wejściowych, formaty wyjścia. Programowe narzędzia do przygotowania opisu geometrii detektora, nakładki graficzne. 5. Łączenie generatorów cząstek z programem GEANT. Łączenie modułów programu komputerowego implementowanych w C/C++ i Fortranie. 6. Modelowanie kaskad elektromagnetycznych. 7. Modelowanie za pomocą programów MCNPX i FLUKA. Program FLUKA. Historia powstania i jego ewolucja. Przegląd możliwości programu: oddziaływania nieelastyczne hadron-jądro, rozpraszanie elastyczne, oddziaływania jądro-jądro, transport naładowanych hadronów i mionów, neutrony o małych energiach, elektrony, fotony, neutrina, geometria, zagadnienia transportu, sposoby optymalizacji działania programu. 8. Struktura kodu komputerowego FLUKA. Aspekty techniczne. Sposób używania, w szczególności przygotowanie danych wejściowych i interpretacja wyników. 9. Modelowanie w fizyce zderzeń ciężkich jonów. Modele strunowe generator HIJNG. Generowanie zestawów przypadków, np. p+p, p+A, centralne A+A, minimum bias A+A. 10. Model mikroskopowy – model transportu hadronów UrQMD w relatywistycznej fizyce zderzeń ciężkich jonów. 11. Modele hydrodynamiczne Landaua oraz Bjorkena. Relatywistyczne modele HYDRO ewolucji kolektywnego stanu materii. 12. Fizyka generatora zderzeń PYTHIA. 13. Metody Monte Carlo w fizyce wysokich energii, relatywistycznej fizyce jądrowej i fizyce zderzeń ciężkich jonów. 14. Zastosowania metod Monte Carlo do generacji przypadków oddziaływań i symulacji odpowiedzi detektora. 15. Symulacje Monte Carlo w badaniu efektywności i akceptacji rekonstrukcji śladów cząstek naładowanych w detektorze pod kątem analiz danych w eksperymentach NA49, NA61/SHINE, STAR, ALICE.
Metody oceny:
Zaliczenie wykładu kończy się egzaminem pisemnym w terminach sesji egzaminacyjnej (6 pytań otwartych: po 2 pytania z 3 działów przedmiotu). Studenci wykonają 3 projekty w celu zaliczenia laboratorium przedmiotu.
Egzamin:
tak
Literatura:
1. D. H. Perkins “Wstęp do Fizyki Wysokich Energii” PWN 2004. 2. E. Skrzypczak, Z. Szefliński “Wstęp do Fizyki Jądrowej i Cząstek Elementarnych” 3. J. Bartke “Introduction to Relativistic Heavy Ion Physics” World Scientific 2009 4. Podstawowe publikacje z dziedziny przedstawianych modeli – stale uzupełniana lista dostępna jest na stronie przedmiotu (http://efizyka.if.pw.edu.pl/MPJ)
Witryna www przedmiotu:
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt MPJ_W01
Ma podstawową wiedzę w dziedzinie modelowania procesów jądrowych, radiacyjnej fizyki jądrowej, fizyki wysokich energii, relatywistycznej fizyki jądrowej i fizyki zderzeń ciężkich jonów wykorzystywanych w dużych eksperymentach.
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_W03
Powiązane efekty obszarowe: X2A_W03, X2A_W04, X2A_W05, T2A_W03, T2A_W04, InzA_W02, InzA_W05

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt MPJ_U01
Potrafi praktycznie w wykorzystać programy do modelowania procesów jądrowych.
Weryfikacja: zaliczenie ćwiczeń z laboratorium
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_U06, FT2_U08, FT2_U16
Powiązane efekty obszarowe: X2A_U02, X2A_U04, T2A_U09, T2A_U08, X2A_U01, X2A_U02, T2A_U17, InzA_U06
Efekt MPJ_U02
Potrafi napisać aplikację wykorzystującą biblioteki modeli transportu tj. GEANT4 i FLUKA. Umie uruchomić proces symulacyjny transportu neutronów w osłonie betonowej reaktora jądrowego oraz zrobić podstawowe analizy otrzymanych wyników.
Weryfikacja: zaliczenie ćwiczeń z laboratorium
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_U06, FT2_U08, FT2_U16
Powiązane efekty obszarowe: X2A_U02, X2A_U04, T2A_U09, T2A_U08, X2A_U01, X2A_U02, T2A_U17, InzA_U06
Efekt MPJ_U03
Potrafi wykonać symulacje teoretyczne w fizyce zderzeń ciężkich jonów oraz wykonać prostą analizę wyników na wygenerowanych danych
Weryfikacja: zaliczenie ćwiczeń z laboratorium
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_U06, FT2_U08, FT2_U16
Powiązane efekty obszarowe: X2A_U02, X2A_U04, T2A_U09, T2A_U08, X2A_U01, X2A_U02, T2A_U17, InzA_U06

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt MPJ_K01
Potrafi używać oprogramowanie do modelowania procesów jądrowych, dokonywać analizy i interpretacji uzyskanych wyników. Potrafi wykonywać samodzielnie symulacji Monte-Carlo i aktywnie działać i wykonywać zadania w sposób kreatywny i przedsiębiorczy.
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_K01
Powiązane efekty obszarowe: X2A_K07, T2A_K06