Common subject of international nuclear MSc specializations

A tantárgy célja, hogy megismertesse a hallgatókkal nukleáris energiatermelés megértéséhez szükséges alapvető magfizikai ismerteket, és reaktorfizikai hátterét, alapvető folyamatait, ezzel elősegítve a későbbi, atomenergetikához szorosan kapcsolódó tárgyak elsajátítását.

1. Az atommag alapvető (mérhető) tulajdonságai, cseppmodellje, stabilitása.
2. Radioaktivitás, bomlástörvény, a bomlási láncok tulajdonságai. Radioaktív egyensúlyok, radioaktív kormeghatározás.
3. A hatáskeresztmetszet fogalma, tulajdonságai (mikroszkopikus, makroszkopikus, kettős additivitás, kapcsolata a szabad úthosszal).  Differenciális hatáskeresztmetszet, gerjesztési függvény. Speciális hatáskeresztmetszetek.
4. Magreakciók alapvető sajátosságai, megmaradó mennyiségek. Magreakciók energiaviszonyai, kinematikai leírása. Rugalmas szórás. Labor-rendszer, CM-rendszer. Reakciómechanizmusok. Potenciálszórás, direkt és összetett mag képződésével járó atommag-reakciók és sajátosságaik.
5. Maghasadás folyamata, kritériumai, hasadóképes izotópok, a hasadás energiamérlege, prompt- és későneutronok.
6. Nukleáris mérések alapjai. Ionizáló részecskék kölcsönhatása az anyaggal. Detektorok (nyomdetektorok, gáztöltésű, szcintillációs és félvezető detektorok). Gamma-spektrumok és a gamma-spektroszkópia néhány jellegzetessége. Neutrondetektorok.
7. A láncreakció elve, sokszorozási tényező fogalma, 4- és 6-faktor formula. Exponenciális kísérlet.
8. Neutrontranszport alapvető mennyiségei: irányfüggő és skalárfluxus, áram, parciális áramok. Lineáris anizotrópia fogalma. Diffúzióelmélet alapjai, Fick-törvény.
9. Diffúzióegyenlet egycsoport, homogén közelítésben. Időfüggő és stacioner eset. Kritikusság feltétele. Helmholtz-egyenlet megoldása különböző geometriákba forrásos és forrás nélküli esteben.
10. Kétcsoport diffúzióelmélet, Fermi-kor. Heterogén reaktorok leírása, moderálási görbe, optimális, alul- és felülmoderáltság, reaktivitás-visszacsatolások, inherens biztonság.
11. Reaktorkinetika alapjai. Reaktivitás fogalma. Pontkinetikai egyenletrendszer, reciprokóra egyenlet, prompt kritikusság fogalma és a későneutronok szerepe a reaktorok szabályozhatóságában.
12. Reaktorokban zajló hosszú távú folyamatok. Kiégés, Pu-izotópok és másodlagos aktinidák keletkezése. Reaktormérgek, Xe- és Sm-mérgezettség. Reaktivitásszabályozás eszközei. Reaktivitástartalék fogalma és alakulása egy kampány során.

The primary aim of this module is to equip students with the fundamental knowledge and conceptual understanding of nuclear physics that are essential for comprehending the physical principles underlying nuclear energy production. In addition, the course provides a solid foundation for gaining a deeper insight into nuclear processes occurring throughout the universe. The knowledge acquired during the course will also support the successful study of later modules closely related to nuclear energy applications.

1.Bulk properties of the atomic nucleus: Rutherford scattering differential cross section and consequencies.
2.Bulk properties of the atomic nucleus: Mott scattering and the Form factor. Nuclear quadrupole moment. Shape of the nucleus.
3.Independent particle shell model: nuclear meanfield potential, derivation of the shell structure.
4.Radioactive decay. Decay chains and equilibrium. Alpha, beta and gamma decay. The Gamow factor. Parity violation in beta decay. Neutrino detection.
5.Interaction of radiation with matter. Bethe-Bloch formula for charged particles. Interactions of EM-radiation with matter: Compton scattering, Photoeffect, Pair creation and annihilation. Detectors. Fundamentals of radiation protection.
6.Nuclear reactions. Reaction mechanisms: direct and compound nuclear reactions. Resonances. Special compund reactions: nuclear fission. The Hoyle state.
7. Principles of nuclear chain reaction, multiplication factor, 4- and 6-factor formulas.
8. Neutron slowing down process, laws of neutron scattering, moderator parameters, most important moderator materials.
9. Neutron transport quantitites, linear anisotropy, diffusion theory, Fick`s law, description of leakage.
10. One group homogenous diffusion equation, criticality condition, flux distribution with and without source in different geometries.
11. Reactor kinetics, time dependent diffusion equation, neutron lifetime, reactivity, generation time.
12. Point kinetics, inhour equation, role of delayed neutrons, prompt criticality.
13. Burnup processes. Fluent, burnup and effective time. Accumulation of Pu isotopes. Conversion. Reactor poisons. Xe- and Sm-poisoning. Reactivity controll and excess reactivity.

Egyik vagy mindkét teszt pótlása lehetséges a pótlási időszakban./ Re-take of both written tests and re-retake of one of them is possible during the period for retakes.

Oktatóval egyztetett időpontban / According to personal arrangement with the lecturer.

Kenneth Krane: Introductory Nuclear Physics (John Wiley and Sons, 1988)

Jean-Louis Basdevant, Michel Spiro, James Rich (2005) Fundamentals in Nuclear Physics, Springer New York, NY

James J. Duderstadt, Louis J. Hamilton: Nuclear Reactor Analysis, John Wiley&Sons, New York, 1976, online: https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/89079/1976_Nuclear_Reactor_Analysis.p df (last access: 19 Dec 2023)

56

23

24

0

23

0

0

24

150

150

Dr. Szieberth Máté

egyetemi docens

Dr. Czifrus Szabolcs