Методи Монте-Карло в ядерній фізиці

Мета дисципліни: Ознайомити здобувачів вищої освіти із сучасними методами Монте-Карло, які використовуються для розв’язування різноманітних задач ядерної фізики та фізики частинок, навчити використовувати наявні програмні пакети для Монте-Карло моделювання, а також створювати свої власні.

Задачі дисципліни:
Розглянути основні поняття та методи Монте-Карло моделювання.
Розглянути спектр задач, до яких можливо застосувати метод Монте-Карло.
Ознайомитися та навчитися використовувати програмні пакети OpenMC та GEANT4 для розв’язання задач ядерної фізики.
 
 
 
Основні результати навчання
 
ПР01. Знати, розуміти та вміти застосовувати основні положення загальної та теоретичної фізики, зокрема, класичної, релятивістської та квантової механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електромагнетизму, хвильової та квантової оптики, фізики атома та атомного ядра для встановлення, аналізу, тлумачення, пояснення й класифікації суті та механізмів різноманітних фізичних явищ і процесів для розв’язування складних спеціалізованих задач та практичних проблем з фізики та/або астрономії.
ПР03. Знати і розуміти експериментальні основи фізики: аналізувати, описувати, тлумачити та пояснювати основні експериментальні підтвердження існуючих фізичних теорій.
ПР04. Вміти застосовувати базові математичні знання, які використовуються у фізиці та астрономії: з аналітичної геометрії, лінійної алгебри, математичного аналізу, диференціальних та інтегральних рівнянь, теорії ймовірностей та математичної статистики, теорії груп, методів математичної фізики, теорії функцій комплексної змінної, математичного моделювання.
ПР11. Вміти упорядковувати, тлумачити та узагальнювати одержані наукові та практичні результати, робити висновки.
ПР12. Вміти представляти одержані наукові результати, брати участь у дискусіях стосовно змісту і результатів власного наукового дослідження.
ПР16. Мати навички роботи із сучасною обчислювальною технікою, вміти використовувати стандартні пакети прикладних програм і програмувати на рівні, достатньому для реалізації чисельних методів розв’язування фізичних задач, комп’ютерного моделювання фізичних та астрономічних явищ і процесів, виконання обчислювальних експериментів.
 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л — лекційні заняття; ЛЗ — лабораторні заняття; СРЗ – самостійна робота здобувача вищої освіти; К – консультації.
 
Тематика та види навчальних занять
 
 

СЕМЕСТРОВИЙ МОДУЛЬ 1

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1. Випадкові події та числа.

Л 1. Основи методів Монте-Карло.
ЛЗ 1. Генератор послідовності псевдовипадкових чисел.
СРЗ, К.

Л 2. Випадкові величини та події.
СРЗ, К.

Л 3. Розподіл імовірності та густини імовірності.
ЛЗ 2. Генерація рівномірно розподілених випадкових точок.
СРЗ, К.

Л 4. Генерація випадкових чисел.
СРЗ, К.

Л 5. Генерація випадкових чисел з різними розподілами.
ЛЗ 3. Чисельне інтегрування методом Монте-Карло.
СРЗ, К.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. Застосування методу Монте-Карло.

Л 6. Чисельне інтегрування методом Монте-Карло.
СРЗ, К.

Л 7. Монте-Карло генератори випромінювань.
ЛЗ 4. Монте-Карло генератори випромінювань.
СРЗ, К.

Л 8. Моделювання ядерних реакцій.
СРЗ, К.

МК 1.

СЕМЕСТРОВИЙ МОДУЛЬ 2

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3. Монте-Карло пакет OpenMC.

Л 9. Знайомство з пакетом OpenMC.
ЛЗ 5. Розрахунки в OpenMC.
СРЗ, К.

Л 10. Опис експерименту в OpenMC.
СРЗ, К.

Л 11. Опис розраховуваних величин в OpenMC.
ЛЗ 5. Розрахунки в OpenMC.
СРЗ, К.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 4. Монте-Карло пакет GEANT4.

Л 12. Знайомство з бібліотекою GEANT4.
СРЗ, К.

Л 13. Опис детектора у GEANT4.
ЛЗ 6. Моделювання процесів у GEANT4.
СРЗ, К.

Л 14. Опис фізики.
СРЗ, К.

Л 15. Опис джерела первинного випромінювання.
ЛЗ 6. Моделювання процесів у GEANT4.
СРЗ, К.
МК2.

 
 
Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 44 години. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лабораторних занять – разом 32 години;
3) підготовка до лекційних занять та до виконання контрольних завдань — 12 годин;
 

Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру виконують лабораторні роботи, виконують дві модульні контрольні роботи (МКР).
 
Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів:
 
Семестровий модуль № 1
 
Виконання лабораторних робіт №1-2 оцінюється у 7 балів, №3-4 — у 8 балів. Модульна контрольна робота (МК1) оцінюється максимально у 20 балів. Сумарно за перший семестровий модуль — 50 балів.
 

Семестровий модуль № 2
 
Виконання лабораторних робіт №5-6 оцінюється у 15 балів. Модульна контрольна робота (МК2) оцінюється максимально у 20 балів. Сумарно за другий семестровий модуль — 50 балів.
 
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.
 
Підсумковим контролем з дисципліни є залік, оцінка за який виставляється за сумою першого та другого модулів.
 
Умови допуску до підсумкового контролю
 
До заліку допускаються здобувачі вищої освіти, які отримали не менше 30 балів за перший модуль.

Складання/перескладання заліку організується за встановленим деканатом ІЕКСУ розкладом.

Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх незрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.