Kurs Experimentell kvantfysik Stockholms Universitet HT 2014
Plan för idag Tid Änme 09:15-10:00 Allmän föreläsning (kursens upplägg, säkerhet, betyg) 10:00-10:15 Paus 10:15-10:55 Presentation av kurslaborationer 10:55-11.10 Paus 11:10-11:40 Presentation av projektlaboratoner 11:40-11:50 Frågor 11:50-12:30 Urval av experiment Ordning av urval av kurslaborationer lottas ut. För projektlaborationer omvänd ordning.
Experiment i kvantfysik Vissa experimentella fenomen kunde bara förklaras med kvantteorin (svårt strålare, diskreta linjer i atomspektra) Experiment levererade storleken av viktiga naturkonstanter (t. ex. Konstanten h genom fotoelektriska effekt)
Fotoelektrisk effekt
Uppgifter i kursen experimentell kvantfysik Studera viktiga kvantfysikaliska fenomen Inläsning av literatur och bakgrundsinformation Planering av experimenten (ensam vid kurslaborationer, gemensam med assistenterna för projektlaborationer, information om säkerhetsatgärdar) Uppbyggning av experimentet gemensam med assistenten Utförandet av experiment me hjälp av assistenter Rapportering av experiment muntligt och skriftligt Kritisk evaluerande av andras experiment och rapporter
Kurslaborationer 2 per person (väljs av studenten utav 4) Introduktion på föreläsningsdag Praktisk introduktion vid början av experimenttid: OBS! Tidsbrist! Var punktlig! Muntlig redovisning av första kurslabbet Skriftlig av andra laborationen (Sista termin: mån 15 dec) Obligatoriskt nårvaro vid en redovisning av alla olika experiment Godkännande av assistenten Krav: Godkänd redovisning av båda laborationer
Kurslaborationer Elektonstötförsök 4 platser per dag Gammaspektrum 1-2 platser per dag Neutrontvärsnitt (3 platser) Särpartiklar (6+ platser, bara 4 december!)
Projektlaborationer 1 per person Introduktion vid början. Obs! Vissa experiment behöver lång tid! Planering av experimentet gemensam med assistenten Andra laborationen redovisas både muntligt och skriftligt (Sista termin: fre 9 jan första version, sön 18 jan slutversion). Preliminära version ska också skickas till opponenten. Deltagande i muntlig redovisning av en av alla laborationer obligatoriskt Betyg från ansvarig lärare och assistenten (87.5 % av slutbetyg). Flyttning av inlämningstider bara i samråd med kursledaren.
Projektlaborationer Comptonspridning (2 platser) Zeemaneffekt (3 platser) Heisenbergs osäkerhetsrelation (2 platser) Spektroskopi (2 platser) Bandgap (3 platser) Bells olikhet (1 plats) Stern-Gerlach försök (1 plats)
Närvaro i labbet Kontorstid vardagar utan vidare åtgärder Kvällstid vardagar (till 21:00) i samråd med jourhavadne assistenten Annan tid efter överenkommande med ansvarig assistant
Opposition Opponenter väljs ut av kursledaren. Opponenter möts av respondenten under experimentet Labbjournalen måste hållas beredd. Granska preliminära labbrapporten av respondenten. Kritiken ska vara konstruktiv! Förbered 5 frågor och diskutera dem med ansvarig lärare. Diskutera experimentet med respondenten efter presentation. Opposition utgör 17.5 % av betyg.
Inlämningsterminer Skriftlig redovisning av Kurslabb 2: Mån 15 Dec 2014 Preliminär redovisning av projektlabb: Fre 9 Jan 2015 Oppositionsfrågor: Tis 13 Jan Slutlig redovisning av projektlabb: Sön 18 Jan 2015 Obs! Bara kursledaren kan ge dispens från inlämningstiderna!
Tips för redogörelser Rapporten måste förstås av fysiker. Läsaren måste kunna bildar sig en kritisk uppfattning om trovärdighet av resultaterna. Redogör statistiska felgränser och systematiska fel. Figurer och diagramm: bra beskrivning, benämning av axlar. Inte överladda figurer. Inte för många bilder Volym är inget egenvärde. Undvik att ordbajsa Skriv också för Dina studiekamrater! Undvik insideruttryck och jargong. Använd inte tålsprak.
Tips för redogörelser Följ indelning av vetenskapliga publikationer: Introduktion Experimentet Resultat Diskussion Slutsatser Undvik att vara repetitiv! Använd spell-check! Handskrivna rapporter är OK, om handstilen är läsbart
Tips för redogörelser Introduktion Experiment Vetenskapligt bakgrund Varför gjordes experimentet Tidigare studier Hur gjordes experimentet? Varför valdes metoden? Resultat och felgränser Diskussion Pålitlighet Jämförelse med andra resultat Betydelse av resultat Sammanfattning och/eller abstract
Betyg Betyg sammansätter sig utav följande moment: Förmåga i laboratoriet (6 poäng) Skriftlig redovisning av projektlaboration (6 poäng) Muntlig redovisning av projektlaboration inkl respons på opposition (6 poäng) Opposition på muntlig redovisning av projektlaboration (3 poäng) Slutlig skriftlig redovisning av projektlaboration (3 poäng, minst 2) Betygsskala: A: 22,25-24 B: 19,25-22 C: 16,25-19 D: 13,25-16 E: 11,15-13 F: 0-11 Betygskriterier finns på webbsidan För godkänt betyg måste alla andra obligatoriska moment godkänts
Säkerhet: Radioaktiva ämnen och joniserande strålning
Räckvidd av joniserande strålning
Enheter av joniserande strålning Aktivitet av prov: 1 Becquerel (Bq) = 1 sönderfall per sekund 1 Curie = 3,7 10 10 Bq Absorberad dos: 1 Gray (Gy) = 1J/kg (absorberad energi per kg materie) 1 Gray = 100 rad Ekvivalent dos 1 Sievert (Sv) = 1 J/kg ekvivalent dos Olika strålningar har olika biologiska effekter multiplicera absorberad dos med vägningsfaktor Ekvivalent dos (Sv) = absorberad dos (Gy) w f (vägningsfaktor) Partikel Vägningsfaktor a 20 b, g 1 n 5-20 p + 2
Maximal tillåtna doser (Sverige) Personer i speciella yrken (sjukvård, kärnkraft): 50 msv/år Men max 100 msv under 5 varandra påföljande år Se webbsidan av Strålsäkerhetssmyndigheten: www.stralsakerhetsmyndigheten.se
Förvittrad granitområde
Att arbeta med radioaktiva substanser Undvik kontaminering med radioaktiva substanser Allt förtäring är förjudet i labbarna Dosimetrar måste bäras av alla studenter under arbetande med radioaktiva substanser och ionisrande strålning Uppehåll Dig så mycket långt från källan som möjligt! Håll arbetsytan rent! Damm kan åta sig radioaktiva substanser!. Börja inte att arbeta utan instruktioner från assistenten! Skydd Dig mot joniserande strålning (blytegel etc.) Geiger-mätare finns i labbet
Laserklass Uteffekt mw Beskrivning Laserklasser Fara 1 < 0.4 Laser med synlig ljus. Ofarliga även vid lång tids exponering. Klassen omfattar även apparater som innehåller lasrar av högre klass, men där lasern är inbyggd så att ingen farlig strålning kommer ut (CD-och DVD-spelare, datorer) 2 0.4 1 Lasrar som avger synlig strålning. 3R 1-5 Lasrar som avger synlig strålning. 3B 5-500 Tillstånd krävs för viss användning och visst innehav. 4 > 500 Tillstånd krävs för viss användning och visst innehav Om ett oskyddat öga exponeras bländas man och våra reflexer får oss att blinka. Det går tillräckligt snabb för att förhindra skador på näthinnan. Om ett oskyddat öga exponeras för strålningen kan gränsvärdet överskridas. Men risken för att skadas vid en kort, oavsiktlig exponering är liten. Sådana lasrar kan vara farliga för ögat både vid direkt exponering och vid exponering från en reflex. Reflexer från en matt yta är dock ofarlig att betrakta. Här kan det även vara farligt att oskyddad betrakta en upplyst fläck på en matt yta. Klassen saknar övre gräns. Lasrar i denna klass kan skada både ögon och hud. De utgör även en brandfara om de har hög effekt.
Att arbeta med lasrar Starta aldrig ett laserexperiment utan samråd med assistenten. Skyddsglasögon måste används av alla närvarande under ett laserexperiment Rikta aldrig någon laser mot en annan person (inte ens huden) Klass 4 laser också farliga för huden! Olagligt att använd 3B och 4 laser i offentliga rum utan tillstånd av strålsäkerhetsmyndigheten Täck fönstrar och glasdörrar med gardiner och rullgardiner Var extrem försktigt med optiska redskap (speglar, linser)
Att arbeta med högspänning > 600 V Informara Dig ordentligt om upplägg av experimentet och stromkretsar Använd alltid högspänningskablar för högspänning (BNC bara vid V < 500 V) Kondensatorer kan ibland lagra stora mängder av laddning vid hög spänning och är farliga även om stromkällan stängs av Låt aldrig vara vatten eller drycker vara i ett högspänningslabb Allt förtäring är förbjudet i högspänningslabbbar