Fisica_nuclear_I

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I. IDENTIFICACIÓN
1.1. Propuesta de Asignatura: FÍSICA NUCLEAR I
1.2. Para estudiantes de la carrera: FÍSICA
1.3. Ciclo Académico: VIII
1.4. Extensión horaria:
1.4.1. Total de horas semanales: 8
· Horas Teoría: 3
· Horas Práctica: 5
1.4.2. Total de Horas en Semestre: 136
1.5. Perrequisito:
· Curso: Mecánica Cuántica II
II. SUMILLA
La asignatura de Física Nuclear I es de naturaleza teórico-práctico. Tiene la finalidad de comprender los fundamentos físicos teóricos y prácticos de los fenómenos que suceden en el núcleo y sus consecuencias en la materia. Incentiva al estudiante a la formulación y destreza en el desarrollo de problemas, permitiendo desarrollar capacidades que permitan entender las aplicaciones de la física nuclear.
La asignatura se organiza en tres unidades: la primera unidad corresponde a las propiedades generales de los núcleos y modelos nucleares con su aplicación práctica: espectroscopía de momentos multipolares nucleares. La segunda unidad corresponde a la inestabilidad de los núcleos y su aplicación práctica en dosimetría y espectroscopía alfa, beta y gamma. La tercera unidad corresponde a las reacciones nucleares con su aplicación práctica en reactores de fisión y física de los neutrinos.
III. PROGRAMACIÓN
3.1. UNIDAD I
3.1.1. Denominación: Propiedades generales de los núcleos y modelos nucleares.
3.1.2. Contenidos:
	I. Propiedades generales del núcleo:
1.1. Introducción.
1.2. Estados cuánticos, energía de ligadura, fracción de ligadura.
1.3. Estabilidad e inestabilidad del núcleo, fisión, decaimiento alfa, decaimiento beta.
 a) Inestabilidad “dinámica”.
 b) Radiactividad beta.
1.4. Tamaño del núcleo 
 a) Dispersión de neutrones de alta energía por un núcleo.
 b) Campo de reacciones nucleares iniciados por protones o partículas alfa.
 c) Tiempo de vida del decaimiento alfa.
1.5. Barrera de Coulomb.
1.6. Spín, momento angular.
1.7. Momentos eléctricos y magnéticos
 a) Momentos eléctricos.
 b) Momentos magnéticos.
1.8. Estadística nuclear.
II. Problema de dos cuerpos a baja energías
2.1. Estado fundamental del deuterón; aproximación de fuerza central.
2.2. Dispersión neutrón-protón.
 a) Modelo simplificado.
 b) Comparación con el experimento: la dependencia del spín de la fuerza nuclear.
 c) El efecto del enlace químico.
 d) Dispersión coherente de neutrones por protones.
2.3. Dispersión protón-protón.
2.4. Fuerza tensorial.
 a) Descubrimiento experimental de la existencia de fuerzas no centrales.
 b) Forma general de fuerzas no centrales.
 c) Propiedades de la fuerza tensorial.
 d) El estado fundamental del deuterón: dinámica.
 e) El estado fundamental del deuterón: momento cuadrupolar.
 f) El estado fundamental del deuterón: momento magnético.
 g) Dispersión neutrón-protón con energías alrededor de 10 MeV.
III. Fuerzas nucleares
3.1. Estabilidad de un núcleo contra el colapso. La imposibilidad de fuerzas atractivas entre todos los pares.
3.2. Fuerzas de intercambio.
 a) Consideraciones cualitativas.
 b) Definición formal de fuerzas de intercambio.
3.3. Condiciones de saturación.
 a) El teorema de comparación.
 b) Condiciones de saturación para las fuerzas de Majorama.
 c) Condiciones de saturación completa para fuerzas centrales.
 d) Condiciones de saturación para fuerzas tensoriales.
3.4. Formalismo del spín isotópico.
IV. Problema de dos cuerpos a altas energías.
4.1. Dispersión neutrón-protón a energías entre 10 y 30 MeV.
4.2. Dispersión neutrón-protón a energías mayores a 30 MeV.
4.3. Dispersión protón-protón.
V. Problema de tres y cuatro cuerpos.
5.1. Estado fundamental del tritón; fuerza central.
5.2. Estado fundamental de la partícula alfa; fuerzas centrales.
5.3. H3 y He3: La equivalencia de fuerzas neutrón-neutrón y protón-protón.
5.4. Estado fundamental del tritón; fuerzas tensoriales.
VI. Espectroscopía nuclear I: Teoría General.
6.1. Formalismo sistemático del núcleo estable.
 a) Condiciones de estabilidad.
 b) Discusión del núcleo estable.
6.2. Fórmula semi-empírica de masas de Weizsacker.
6.3. Estudio detallado del Efecto de Simetría.
6.4. Energía de simetría y estudio sistemático del núcleo estable.
6.5. Momentos magnéticos nucleares en elementos ligeros.
6.6. Clasificación espectroscópica de niveles de energía nucleares.
VII. Espectroscopía Nuclear II: Modelos Especiales.
7.1. Modelo uniforme de Wigner.
 a) Teoría
 b) Comparación con el experimento.
7.2. Modelo de la partícula independiente.
 a) Introducción.
 b) Configuraciones de la capa P.
 c) Energía del estado fundamental.
 d) Momentos magnéticos nuclear del modelo de la partícula independiente.
 e) Crítica al modelo de la partícula independiente.
7.3. Modelo de la partícula alfa del núcleo.
 a) Esquema de la teoría.
 b) Crítica al modelo de la partícula alfa.
7.4. Modelo de la gota líquida. 
VIII. Estructura nuclear de capas.
8.1. Evidencia para la existencia de “números mágicos”.
8.2. Modelo nuclear de capas.
8.3. Consideraciones generales.
3.2. UNIDAD II
3.2.1. Denominación: Inestabilidad de los núcleos.
3.2.2. Contenidos:
	IX. Decaimiento espontáneo de un núcleo.
9.1. Consideraciones energéticas.
9.2. Teoría general de decaimiento alfa.
9.3. Discusión de datos experimentales.
X. Interacción de núcleos con la radiación electromagnética.
10.1. Radiación multipolar y reglas de selección.
 a) Radiación multipolar.
 b) Reglas de selección.
10.2. Probabilidad de emisión multiple y absorción.
 a) La fuente del campo.
 b) Energía emitida por segundo, y distribución angular.
 c) Transición a la mecánica cuántica: (1) Emisión y absorción.
 d) Transición a la mecánica cuántica: (2) Elementos de matriz.
10.3. Transiciones radiativas en el problema de dos cuerpos.
 a) Transiciones de entrada y salida del contínuo; secciones eficaces.
 b) Captura radiativa neutrón-protón; reglas de selección.
 c) Captura radiativa neutrón-protón; computación de la sección eficaz y comparación con el experimento.
 d) Fotodesintegración del deuterón; efecto dipolar magnético.
 e) Fotodesintegración del deuterón; efecto dipolar eléctrico.
 f) Fotodesintegración del deuterón; energías cerca a los 10 MeV.
10.4. Conversión interna.
 a) Coeficientes de conversión.
 b) Transiciones 0 0.
 c) Formación interna de pares.
10.5. Transiciones entre estados bajos de nucleos.
 a) Estimaciones teóricas.
 b) Material experimental; isómeros nucleares.
 c) Correlaciones direccionales entre rayos gamma emitidas sucesivamente.
 d) Captura radiativa de neutrones.
 e) Efecto foto-nuclear.
XI. Decaimiento beta.
11.1. Hipótesis de neutrino y forma del estructura del espectro beta; reglas de selección para transiciones “permitidas”.
11.2. Captura electrónica orbital.
11.3. Vidas medias de emisores beta y evidencia relacionados a la reglas de selección y transiciones permitidas.
11.4. Teoría detallada del decaimiento beta; transiciones de orden 0.
 a) Elementos de matriz.
 b) Tratamiento no-relativista.
c) tratamiento relativista.
11.5. Determinación de elementos de matriz; transiciones favorecidas y no favorecidas.
11.6. Transiciones beta de orden superior.
 a) Teoría no-relativista: reglas de selección; elementos de matriz.
 b) Teoría no-relativista: correlación angular; forma de espectros; vidas media.
 c) Teoría relativista: reglas de selección; elementos de matriz.
 d) Teoría relativista: correlación angular; forma de espectros; vidas medias.
3.3. UNIDAD III
3.2.1. Denominación: Reacciones Nucleares.
3.2.2. Contenidos:
	XII. Reacciones Nucleares: Teoría General.
12.1. Introducción.
 a) Descripción de una reacción nuclear.
 b) Relaciones energéticas.
12.2. Secciones eficaces.
 a) Limitaciones geométricas sobre secciones eficaces de reacción y de dispersión.
 b) Determinación de secciones eficaces de las condiciones de superficie nuclear, para neutrones con l = 0.
 c) Determinación de secciones eficaces de las condiciones de superficie nuclear. Casogeneral.
 d) Distribución angular de dispersión elástica de partículas.
 e) Teorema de reciprocidad de reacciones nucleares.
12.3. El núcleo compuesto; teoría del contínuo.
 a) Aproximación de Bohr.
 b) Reacciones nucleares; secciones eficaces, y razones de emisión.
12.4. Determinación de secciones eficaces, Teoría del contínuo.
12.5. Transmisión de potenciales de barrera.
12.6. Decaimiento de núcleos compuestos.
 a) Reacciones nucleares secundarias.
12.7. Teoría resonante; tratamiento cualitativo.
 a) La aparición de resonancias.
 b) Núcleos compuestos; anchuras de nivel; descripción cualitativa.
 c) Secciones eficaces para reacciones nucleares.
 d) Comportamiento de las secciones eficaces cercanas al umbral.
12.8. Teoría resonante; determinación de secciones eficaces.
 a) Dispersión resonante pura.
 b) Dispersión resonante y reacciones de resonancia.
12.9. Teoría resonante; estados de decaimiento de núcleos compuestos.
 a) Modelo de pozo de potencial.
 b) El núcleo actual.
12.10. Spín y momento angular orbital.
 a) Neutrones l = 0.
 b) Partículas con l arbitrario.
XIII. Reacciones nucleares: Aplicación a la teoría y acercamiento al experimento.
13.1. Reacciones inducidas de neutrones.
 a) Energía intermedia y baja; núcleos intermedios.
 b) Baja energía; núcleos pesados.
 c) Energía intermedia; núcleos pesados.
 d) Energía alta; núcleos pesados e intermedios.
 e) Energía muy alta; núcleos pesados e intermedios.
13.2. Reacciones inducidas de protón y partículas alfa.
 a) Alta energía, reacción de neutrones por debajo del umbral.
 b) Alta energía, reacción de neutrones por encima del umbral.
 c) Muy alta energía.
13.3. Reacciones inducidas neutrón-, protón-, y partículas alfa.
13.4. Reacciones con núcleos de luz.
 a) B10(n,)Li7.
 b) reacciones de protón con Li7.
 c) reacciones que conducen a núcleos compuestos N15.
13.5. Reacciones inducidas con deuterón.
XIV. Teoría formal de las reacciones nucleares.
14.1. Matriz de dispersión.
 a) Forma general de las funciones de onda.
 b) Secciones eficaces expresadas en términos de la matriz de dispersión.
14.2. Teoremas de conservación y reciprocidad para reacciones nucleares.
 a) Ondas entrantes y salientes.
 b) Teoremas de conservación.
 c) Inversión del tiempo.
 d) Teorema de reciprocidad.
14.3. Distribución angular de productos de reacciones.
 a) Amplitud de la reacción.
 b) Conservación de la paridad.
 c) Limitaciones impuestas por la complejidad del haz incidente.
 d) Limitaciones impuestas por la complejidad de núcleos compuestos.
14.4. Fórmula de Wigner para un solo nivel.
 a) Matriz de derivación.
 b) Relación entre la matriz de derivación y la matriz de dispersión.
 c) Niveles de resonancia de núcleos compuestos.
 d) Derivación de la fórmula de dispersión de muchos niveles.
 e) Discusión de la fórmula de dispersión de niveles nucleares.
 f) Fórmula de Wigner de un solo nivel.
IV. BIBLIOGRAFÍA
“The Nuclear Many Body Problem”, P. Ring y P. Schuck (Springer 1980). 
“The Nuclear Shell Model”, K. Heyde (Springer-Verlag, 1994).
“Simple Models of Complex Nuclei”, I. Talmi (Harwood Academic Publishers, 1993). 
"From Nucleons to Nucleus", J. Suhonen (Springer 2007).
"Shell Model applications in Nuclear Spectroscopy", P.J. Brussaard y P.W.M. Glaudemans (North Holland 1977).
C.A. Bertulani and H. Schechter Introduction to Nuclear Physics Nova.
P.E. Hodgson and E. Gadioli Introductory Nuclear Physics Oxford Science Publications. 
A. Bohr and B.R. Mottelson Nuclear Structure. Vol. I, II World Scientific.
A. de Shalit and H. Feshbach Theoretical Physics. Vol. I: Nuclear Structure Wiley.
J.M. Eisenberg and W. Greiner Nuclear Theory Vol. 1 North Holland.
D. J. Rowe Nuclear Collective Motion Methuen and Co. Ltd.
W. Greiner and J. Maruhn Nuclear Models Springer.
“Introduction to Nuclear Reactions'”, G.R.Satchler.
“Quantum Collision Theory", C.J. Joachain.
“Theory of Nuclear Reactions", P. Frobrich y R. Lipperheide (Oxford Studies in Nuclear Physics) “Direct Nuclear Reactions", G.R. Satchler.
“Nuclear Reaction Theory'', H. Feschbach.
“Semiclassical Methods for Nucleus-Nucleus Scattering'', D.M. Brink. 
“Heavy Ion Reactions'', R. Broglia and A. Winther.