Disciplina Curricular
Física Espacial SPhy
Minor em Ciências e Tecnologias do Espaço - Min-CTE 2021
Contextos
Grupo: Min-CTE 2021
Período:
Peso
6.0 (para cálculo da média)
Pré-requisitos
Para alcançar os objetivos de aprendizagem esperados, os estudantes devem ter conhecimentos prévios de eletromagnetismo e mecânica quântica elementar.
Objectivos
Pretende-se oferecer aos alunos o conhecimento e as competências interdisciplinares necessárias: • Em Física Fundamental, através do conhecimento de princípios elementares e da Física dos Sistemas Extremos, a fim de compreender e perspetivar de uma forma integradora e interligada o ambiente Espaço na sua globalidade e nas suas vertentes micro e macroscópica; • Para possibilitar a compreensão do ambiente de radiação e de plasmas Espaciais e dos seus efeitos em missões em órbita da Terra e na exploração do sistema solar; • Demonstrar a utilização de tecnologias associadas à Física Nuclear, Física da Radiação e Física de Plasmas em aplicações para o Espaço na exploração do sistema Solar e na utilização do Espaço.
Programa
I - Física Fundamental e Sistemas Extremos: fundamentos de física do átomo, núcleo e partículas; processos e reações nucleares (radioatividade, declínio nuclear, colisões nucleares); a origem cósmica dos elementos; raios cósmicos; energia nuclear e missões espaciais; II - Física da Radiação e Espaço: radiação ionizante e fontes de radiação no espaço; interação da radiação com a matéria (fotões, partículas carregadas e neutrões); deposição de energia na matéria, dose, grandezas dosimétricas e blindagem; efeitos da radiação e estratégias de mitigação; análise de cenários específicos para missões espaciais: exploração da Lua, de Marte e de planetas gigantes gasosos do sistema solar; satélites em LEO, MEO e GEO. III - Física de Plasmas e Espaço: fundamentos de Física dos Plasmas; ionosféras, magnetosferas, plasmas astrofísicos; Tecnologias plasma para o Espaço: propulsão plasma (por efeito de Hall e MPD), propulsão nuclear; plasmas de (re)entrada atmosférica.
Metodologia de avaliação
Aulas teóricas de exposição e contextualização complementadas por laboratórios que incluem uma componente experimental e uma componente computacional de análise e simulação das experiências propostas. A Avaliação tem duas componentes: Exame escrito (50%) e Relatórios escritos dos Laboratórios (50%).
Componente de Competências Transversais
80% - Pensamento Crítico e Inovador 20% de entre Competências intrapessoais, Competências interpessoais e Literacia da informação.
Componente Laboratorial
A componente experimental será lecionada nos Campi de Loures e da Alameda, estando previstas 4 unidades laboratoriais: 1 - Processos Nucleares/Decaimentos e atenuação (6h): estudo de fontes alfa e beta utilizando um contador Geiger; atenuação para vários materiais; simulação da experiências com Laboratório Virtual Geant4) 2 - Estudo de processos nucleares e interação com a matéria(6h): colisão e interação de feixe protões com alvo, atenuação de feixes de protões com energias de 1 e 2.5 MeV; simulação da atenuação vs espessura dos alvos e trajetória e da interação das partículas no interior de materiais usando Geant4 3 - Deteção de raios Cósmicos Secundários (3h): análise dos dados públicos de Auger; caracterização das cascatas de RC através da deteção e caracterização de muões atmosféricos 4 - Estudo de Plasmas no Tubo de Choque ESTHER (6h):Previsão da performance do tubo de choque usando ferramentas simplificadas de hidrodinâmica; Ensaio no tubo de choque e comparação com as previsões.
Componente de Programação e Computação
A componente de programação e computação faz uso de tecnologias de aquisição de dados onde é dado relevo ao tratamento de erros experimentais (erro estatístico e sistemático) e a métodos de ajuste linear, que são codificados pelos alunos, constituindo a base da análise crítica dos resultados obtidos e na sua comparação com os resultados esperados. O "laboratorio virtual Geant4" (O Geant4 Aplicado ao Ensino da Física Nuclear e de Partículas, P. Gonçalves, Física 2018, SPF), consiste num interface para a ferramenta de simulação Geant4 que simula diversos setups experimentais será utilizado para verificação e comparação com os resultados experimentais das experiências 1 e 2. A análise de dados da Experiencia Pierre Auger (experiência 3) é feita com recurso a ferramentas computacionais (ROOT) e a previsão do desempenho do ESTHER (experiência 4) é feita com recurso a ferramentas computacionais de simulação hidrodinâmica.
Princípios Éticos
Todos os membros de um grupo são responsáveis pelo trabalho do grupo. Em qualquer avaliação, todo aluno deve divulgar honestamente qualquer ajuda recebida e fontes usadas. Numa avaliação oral, todo aluno deverá ser capaz de apresentar e responder a perguntas sobre toda a avaliação.