Ders AdıKodu Yerel KrediAKTS Ders (saat/hafta)Uygulama (saat/hafta)Laboratuar (saat/hafta)
Çekirdek Fiziği 2FIZ482035300
ÖnkoşullarYok
YarıyılGüz, Bahar
Dersin Diliİngilizce, Türkçe
Dersin SeviyesiLisans
Dersin TürüSeçmeli @ Fizik Lisans Programı (%30 İngilizce)
Ders KategorisiUzmanlık/Alan Dersleri
Dersin Veriliş ŞekliYüz yüze
Dersi Sunan Akademik BirimFizik Bölümü
Dersin KoordinatörüOrhan İçelli
Dersi Veren(ler)Ayşe Durusoy, Özgür Akçalı, Yaşar Karabul, Kutsal Bozkurt, Orhan İçelli
Asistan(lar)ı
Dersin AmacıBu dersin amacı, öğrenciler için nükleer kuvvetlerin doğasını, döteron yapısını ve nükleer yapı modellerini anlamalarını sağlamak; nükleer reaksiyon tiplerini, tesir kesiti kavramını ve reaksiyon modellerini uygulamalı biçimde kavratmak; fisyon ve füzyon süreçlerinin fiziksel prensiplerini, enerji üretim mekanizmalarını ve reaktör uygulamalarını analiz ettirmek; nükleer astrofizik çerçevesinde yıldızlarda element sentezi, süpernova süreçleri ve ağır element oluşumunu değerlendirmelerini sağlamak; ayrıca parçacık hızlandırıcılarının temel prensiplerini öğrenerek modern nükleer araştırmaların deneysel altyapısını bütüncül bir bakış açısıyla kavramalarına katkıda bulunmaktır.
Dersin İçeriğiDers, nükleer kuvvetler ve döteron teorisiyle başlar; ardından nükleer yapı modelleri (Fermi-gaz, kollektif model) incelenir. Nükleer reaksiyonlar, tesir kesiti, Coulomb saçılması, elastik-inelastik saçılmalar ve reaksiyon modelleri (optik model, bileşik çekirdek, direkt reaksiyonlar) ele alınır. Fisyon ve füzyon süreçleri, enerji açığa çıkışı, zincirleme reaksiyonlar, füzyon koşulları ve reaktör teknolojileri işlenir. Nükleer astrofizik bölümünde yıldız içi nükleosentez, süpernova patlamaları, s-, r- ve p-süreçleriyle ağır elementlerin sentezi üzerinde durulur. Dersin son bölümünde parçacık hızlandırıcılarının türleri ve modern deneysel araştırmalardaki rolleri tartışılır; genel tekrar ve öğrenci sunumları ile tamamlanır.
Ders Kitabı / Malzemesi / Önerilen Kaynaklar
  • Ders Kitabı: Krane, Kenneth S. Nükleer Fizik. 2nd ed., vols. 1–2, Wiley, 2020.
  • Lilley, John. Nuclear Physics: Principles and Applications. Wiley, 2001.
  • Krane, Kenneth S. Introductory Nuclear Physics. 2nd ed., Wiley, 2020.
  • Jelley, N. A. Fundamentals of Nuclear Physics. Cambridge University Press, 2016.
  • Martin, Brian R. Nuclear and Particle Physics. Wiley, 2019.
  • Mukhopadhyay, A., and Xiaofeng Zhang. Modern Nuclear Physics. Springer, 2022.
  • Blatt, John M., and Victor F. Weisskopf. Theoretical Nuclear Physics. Dover, 2004.
  • Yılmaz, Osman. Çekirdek Fiziğine Giriş. Nobel Akademik Yayıncılık, 2015.
  • Tombakoğlu, Mustafa. Nükleer Fizik ve Radyasyon. Seçkin Yayıncılık, 2018.
  • Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. IOP Publishing.
  • Physical Review C. American Physical Society.
  • Nuclear Physics A. Elsevier.
  • arXiv.org (nucl-th, nucl-ex).
Opsiyonel Program BileşenleriYok

Ders Öğrenim Çıktıları

  1. Nükleonlar arasındaki temel etkileşimleri ve bu etkileşimlerin temel özelliklerini (çekirdek kuvvetinin kısa menzilli olması, çekirdek yoğunluğunun sabitliği, doyurucu olması) açıklayabilecekler ve en basit nükleer sistem olan döteronun yapısını bu kuvvetler çerçevesinde yorumlayabileceklerdir.
  2. Nükleer reaksiyonları sınıflandırabilecekler, tesir kesiti kavramını tanımlayabilecekler ve reaksiyon kinematiği ile korunum yasalarını kullanarak basit reaksiyon hesaplamaları yapabileceklerdir.
  3. Nükleer fisyon sürecini, zincirleme reaksiyon mekanizmasını ve kritiklik kavramını açıklayabilecekler; fisyonun enerji üretimi ve nükleer silah teknolojisindeki rollerini karşılaştırabileceklerdir.
  4. Nükleer füzyonun temel prensibini ve enerji açığa çıkış mekanizmasını açıklayabilecekler; kontrollü termonükleer füzyon için gerekli olan plazma sıcaklığı, Lawson kriteri ve hapsetme yöntemleri gibi teknik zorlukları ve çözüm yaklaşımlarını tartışabileceklerdir.
  5. Nükleosentez kavramını tanımlayabilecekler; yıldızların içindeki hidrojen yanması, helyum yanması ve demirden ağır elementlerin oluşumunu (s-, r-, p-süreçleri) açıklayabilecekler ve nükleer fizik ile astrofizik arasındaki ilişkiyi kurabileceklerdir.
  6. Radyoizotop üretimi, radyokarbon tarihlendirme, nötron aktivasyon analizi ve nükleer görüntüleme (PET, SPECT) gibi çeşitli nükleer yöntemlerin çalışma prensip ve mekanizmalarını kavrayabileceklerdir.
  7. Nükleer teknolojilerin enerji santralleri, tıbbi teşhis ve tedavi, endüstriyel kalite kontrol, arkeolojik tarihlendirme ve tarım gibi farklı alanlardaki somut uygulama örneklerini analiz edebilecekler ve bu uygulamaların toplum ve çevre üzerindeki etik ve ekonomik etkilerini tartışabileceklerdir.

Ders Öğrenim Çıktısı & Program Çıktısı Matrisi

DÖÇ-1DÖÇ-2DÖÇ-3DÖÇ-4DÖÇ-5DÖÇ-6DÖÇ-7

Haftalık Konular ve İlgili Ön Hazırlık Çalışmaları

HaftaKonularÖn Hazırlık
1Konu Anlatımı: Nükleer Kuvvetler, Döteron Teorisi. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Döteronun bağlanma enerjisi hesabı. Sınıf-içi Tartışma (5 dk.): Değiş-tokuş kuvvetinin doğası ve önemi.1. Döteronun bağlanma enerjisi ve kuantum sayılarının hatırlanması. 2. Kuantum kuyu problem çözümünün hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 4: Nükleer Kuvvetler.
2Konu Anlatımı: Nükleer yapı modelleri: Fermi-Gaz Modeli. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Fermi-gaz modelinde yoğunluk ve Fermi enerjisinin hesaplanması. Sınıf-içi Tartışma (5 dk.): Faz uzayının tartışılması.1. Nükleer yoğunluk ve Fermi enerji kavramlarının hatırlanması. 2. Kuantum ve Klasik faz uzaylarının tanımlarının hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 5: Nükleer yapı modelleri.
3Konu Anlatımı: Nükleer yapı modelleri: Kollektif Model. Sınıf-içi Uygulama (5 dk): Kollektif modelde titreşim ve dönme modlarının araştırılması. Sınıf-içi Tartışma (5 dk.): Çekirdeklerde kollektif hareketin önemi. Kısa Sınav 1 (15 dk.): Ders sonunda, derste işlenen konuları içeren bir kısa sınavın yapılması.1. Eylemsizlik moment hesabının hatırlanması. 2. Çekirdekte uyarılmış durumların hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 5: Kollektif Modeller.
4Konu Anlatımı: Nükleer Reaksiyonlara Giriş: Tesir Kesiti, Reaksiyon Türleri, Coulomb Saçılması. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Rutherford saçılma formülü hesabı. Sınıf-içi Tartışma (10 dk.): Deneysel reaksiyon ölçümlerindeki zorluklar.1. Nükleer reaksiyon türlerinin (elastik, inelastik, yakalama) hatırlanması. 2. Tesir kesiti kavramının hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 11: Nükleer reaksiyonlar.
5Konu Anlatımı: Nükleer Saçılma: Elastik ve Inelastik Saçılma, Reaksiyon Tesir Kesiti. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Farklı reaksiyon türleri için tesir kesiti hesabı. Sınıf-içi Tartışma (5 dk.): Farklı reaksiyon kanalları için tesir kesiti karşılaştırması.1. Önceki haftanın tesir kesiti ve saçılma konularının bilinmesi. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 11: Nükleer Reaksiyonlar.
6Konu Anlatımı: Reaksiyon Modelleri: Optik Model, Bileşik Çekirdek ve Direkt Reaksiyonlar. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Optik model parametrelerinin hesapları. Sınıf-içi Tartışma (10 dk.): Ağır-iyon reaksiyonlarının üstünlükleri ve zorluklar.1. Bileşik çekirdek ve direkt reaksiyon ayrımının hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 11: Reaksiyon Modelleri.
7Konu Anlatımı: Nükleer Fisyon: Fisyonun Keşfi, Fisyon Karakteristiği, Enerji Açığa Çıkışı. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Fisyon enerjisi hesabı. Sınıf-içi Tartışma (10 dk.): Zincirleme reaksiyon ve kritiklik kavramı. Kısa Sınav 2 (15 dk.): Ders sonunda, derste işlenen konuları içeren bir kısa sınavın yapılması.1. Reaksiyon enerji hesabının hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 13: Nükleer Fisyon.
8Ara Sınav 1
9Konu Anlatımı: Nükleer Füzyon: Temel Füzyon Süreçleri, Füzyon Koşulları. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Füzyon reaksiyonu için gerekli sıcaklık hesabı. Sınıf-içi Tartışma (10 dk.): Füzyon enerjisinin potansiyel avantajlarının ve literatür çalışmalarının tartışılması.1. Tünelleme kavramının hatırlanması. 2. Coulomb potansiyel hesabının hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 14: Nükleer Füzyon.
10Konu Anlatımı: Füzyon Karakteristiği: Lawson Kriteri, Plazma Hapsetme Yöntemleri. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Manyetik hapsetme (tokamak) ve ataletsel hapsetme. Sınıf-içi Tartışma (10 dk.): Füzyon reaktörlerindeki mühendislik zorlukları.1. Önceki haftanın Füzyon oluşum süreçlerinin hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 14: Füzyon Reaktörleri.
11Konu Anlatımı: Kontrollü Füzyon Reaktörleri: ITER ve DEMO Projeleri. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Yıldızlardaki füzyon süreçlerinin araştırılması. Sınıf-içi Tartışma (10 dk.): Nükleer-astrofizik ve füzyon ilişkisi 1. Güncel Füzyon Reaktörlerinin Literatür çalışmasının hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 14/19: Füzyon ve Astrofizik.
12Konu Anlatımı: Nükleer Astrofizik: Yıldız İçlerinde Element Sentezi, Parçacık Fiziği. Sınıf-içi Tartışma (10 dk.): Süpernova patlamalarının element sentezindeki rolünün araştırılması. Kısa Sınav 3 (15 dk.): Ders sonunda, derste işlenen konuları içeren bir kısa sınavın yapılması. 1. Yıldız evrimi aşamalarının hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 19: Nükleer Astrofizik.
13Konu Anlatımı: Yıldız Nükleosentezi: Demirden Ağır Elementlerin Sentezi. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): s-, r- ve p-süreçleri ile element sentez mekanizmalarının karşılaştırılması. Sınıf-içi Tartışma (10 dk.): Ağır elementlerin Dünya'daki varlığının kökeni.1. Hidrojen yanması basamaklarının hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 19: Yıldız Nükleosentezi.
14Konu Anlatımı: Parçacık Hızlandırıcıları: Elektrostatik, Siklotron, Lineer Hızlandırıcılar. Sınıf-içi Uygulama (5 dk.): Siklotron frekansı ve manyetik alan ilişkisi hesabı. Sınıf-içi Tartışma (10 dk.): Modern büyük hızlandırıcı deneylerinin (CERN, LHC) nükleer fizik araştırmalarındaki önemi.1. Elektrostatik hızlandırıcılar (Van de Graaff) ve döngülü hızlandırıcılar (siklotron) çalışma prensiplerinin hatırlanması. Kaynak: Ders kitabı, Bölüm 15: Hızlandırıcılar.
15Konu Anlatımı: Genel Tekrar, Proje Sunumları.1. Güncel makaleler: Nükleer astrofizik ve Füzyon/fisyon araştırmaları.
16Final

Değerlendirme Sistemi

EtkinliklerSayıKatkı Payı
Devam/Katılım143
Laboratuar00
Uygulama00
Arazi Çalışması00
Derse Özgü Staj00
Küçük Sınavlar/Stüdyo Kritiği315
Ödev38
Sunum/Jüri14
Projeler00
Seminer/Workshop00
Ara Sınavlar130
Final140
Dönem İçi Çalışmaların Başarı Notuna Katkısı
Final Sınavının Başarı Notuna Katkısı
TOPLAM100

AKTS İşyükü Tablosu

EtkinliklerSayıSüresi (Saat)Toplam İşyükü
Ders Saati142
Laboratuar00
Uygulama00
Arazi Çalışması00
Sınıf Dışı Ders Çalışması143
Derse Özgü Staj00
Ödev123
Küçük Sınavlar/Stüdyo Kritiği36
Projeler00
Sunum / Seminer15
Ara Sınavlar (Sınav Süresi + Sınav Hazırlık Süresi)110
Final (Sınav Süresi + Sınav Hazırlık Süresi)115
Toplam İşyükü :
Toplam İşyükü / 30(s) :
AKTS Kredisi :
Diğer NotlarYok