Università degli studi dell'Insubria

RADIOATTIVITà

A.A. di erogazione 2017/2018

Laurea Magistrale in FISICA
 (A.A. 2017/2018)
Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
FISICA SPERIMENTALE (FIS/01)
Crediti: 
6
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
60
Dettaglio ore: 
Lezione (60 ore)

Lo scopo del corso è quello di condurre lo studente ad acquisire una conoscenza generale, seppure a livello introduttivo, del fenomeno noto come radioattività. Oltre alla fisica di base e ai modelli più rilevanti che lo descrivono, il corso introdurrà elementi relativi alle numerose applicazioni di questo fenomeno, in campo scientifico, industriale e medico. Si discuteranno gli effetti biologici delle radiazioni e si darà allo studente il modo di apprezzarne l’impatto, sia per quanto riguarda la radioattività naturale che quella artificiale. (Descrittore di Dublino relativo: Knowledge and Understanding.)
Si cercherà di sviluppare le capacità critiche dello studente, che sarà dotato dell’apparato concettuale e degli strumenti quantitativi a ciò idonei, in un settore in cui hanno notoriamente rilevanza aspetti emotivi. (Descrittore di Dublino relativo: Making Judgements.)
Infine, lo studente avrà gli strumenti per approfondire in futuro argomenti specifici del corso, grazie alle conoscenze di base acquisite e alle indicazioni che il corso fornirà su dove e come reperire informazioni supplementari. (Descrittore di Dublino relativo: Learning Skill.)

Prerequisiti: 

Si richiede che lo studente abbia una conoscenza introduttiva della fisica nucleare, ed in particolare della struttura del nucleo atomico, dei modelli relativi, e dei fenomeni riguardanti l’interazione della radiazione ionizzante con la materia. Dato però che la formazione degli studenti in questi settori è varia, dipendendo dai laboratori e dai corsi seguiti, si faranno ampi richiami agli argomenti citati, allo scopo di porre basi omogenee per lo sviluppo della parte fondamentale del corso.
È infine necessaria la buona comprensione della lingua inglese, almeno scritta, al livello occorrente per leggere le diapositive che il docente utilizzerà a lezione (saranno a volte in inglese) e i testi di consultazione consigliati.

CENNI DI INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA

Interazione delle particelle cariche pesanti, degli elettroni veloci e della radiazione gamma con la materia
Interazione di neutroni con la materia

I RIVELATORI DI RADIAZIONE

Caratteristiche generali di un rivelatore

Gli scintillatori: principi di funzionamento, scintillatori organici ed inorganici, il fotomoltiplicatore

Rivelatori a semiconduttore: struttura a bande dei solidi cristallini, caratteristiche dei semiconduttori, drogaggio, giunzione p-n, giunzione p-i-n, rivelatori al Ge e Si
Criteri per la scelta di un rivelatore

INTRODUZIONE ALLA RADIOATTIVITA’

La scoperta della radioattività: breve storia
La tavola periodica e la tavola dei nuclidi, concetti di isotopo, isotono, isobaro, radio-isotopo

Il decadimento radioattivo: decadimento alfa, decadimento beta, cattura elettronica, raggi gamma;

Radioattività naturale:
- radionuclidi primordiali, le catene naturali dell’238U, 235U, 232Th, concetto di equlibrio transiente e di equilibrio secolare; esempi di rottura dell’equilibrio secolare
- radiazione cosmica secondaria
-radionuclidi cosmogenici, in particolare 3H, 7Be, 14C

La radioattività nella vita di tutti i giorni: tipici contenuti di radionuclidi nei cibi, nelle rocce, in atmosfera

PRINCIPI DI RADIOPROTEZIONE

Le radiazioni ionizzanti, LET, motivi della pericolosità delle radiazioni ionizzanti

Definizioni ed unità di misura: dose assorbita, dose equivalente, dose equivalente efficace, dose equivalente impegnata

Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti

I principi della radioprotezione e cenni di radioprotezione dell’ambiente

APPLICAZIONI DELLE RADIAZIONI

Applicazioni industriali

Applicazioni mediche: tecniche di imaging, tecniche terapeutiche

Applicazioni scientifiche: esempi di applicazioni dei vari radionuclidi in vari campi; la datazione radiometrica e il metodo del carbonio radioattivo

IL RADON

Scoperta del radon (Rn), caratteristiche chimiche del Rn, isotopi del Rn

Meccanismi di emanazione e potere emanante

Scoperta della pericolosità del Rn

Inalazione di particolato e figli del Rn, fattore moltiplicativo di rischio per i fumatori

Radon outdoor: sorgenti, tipici andamenti delle concentrazioni, profilo in atmosfera

Radon indoor: sorgenti, meccanismi di accumulo, effetto camino, interventi di prevenzione e risanamento delle abitazioni

Rivelazione del Rn: metodologie di misura del Rn, metodi attivi e passivi, metodi accumulativi, il problema del Thoron, rivelatori a traccia, alpha-card, dosimetri a termoluminescenza, elettreti, ROAC, camere a ionizzazione ed elettrometri, rivelatori a stato solido, celle di scintillazione

RIVELATORI HPGe E SPETTROMETRIA GAMMA

I rivelatori HPGe

Spettro gamma: struttura tipica, fotopicco, distribuzione Compton, picco di retrodiffusione, picchi di fuga, picchi somma

Analisi dello spettro gamma

Tecniche di misure di bassa radioattività:
- problema della radioattività ambientale, caratteristiche di un buon materiale schermante
- il Rn come contaminante in misure di bassa radioattività
- radioattività intrinseca del rivelatore
- effetti della radiazione cosmica

L’ENERGIA NUCLEARE

La fissione nucleare: modello dalla formula di Weizsaecker per la massa, barriera di fissione, fissione spontanea, fissione indotta, potere calorico della fissione, reazione a catena, arricchimento dell’uranio

I reattori nucleari

Elementi fondamentali costituenti tutti i reattori nucleari, principio generale di funzionamento di un reattore nucleare, classificazione dei reattori

Gli eventi Chernobyl e Fukushima

Lezioni frontali. La parte preponderante del corso si baserà su trasparenze, data la necessità frequente di mostrare grafici, diagrammi e risultati sperimentali e schemi di apparati e dispositivi. Copia della trasparenze sarà fornita agli studenti in formato elettronico prima della loro proiezione.

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

L’esame è orale, e consisterà tipicamente in tre domande principali: una sulla parte introduttiva (interazione radiazione-materia e rivelatori), una sulla radioattività in generale ed una sulle applicazioni o su problematiche particolari. Non saranno richieste risposte nette, ma in generale lo sviluppo di un argomento, che potrà essere interrotto da domande accessorie che richiedono risposte brevi. Almeno una delle tre domande principali richiederà una risposta di tipo analitico, in cui lo studente dovrà sviluppare con carta e penna una serie di passaggi matematici per dedurre una formula di particolare rilevanza. Ad ogni domanda principale verrà attribuito un punteggio (fino a 10); il voto finale sarà la somma dei tre sottopunteggi attribuiti. Se la valutazione è 30, verrà proposta allo studente una domanda per la lode, volta in generale a vagliare la capacità dello studente di ragionare su argomenti che esulano dal programma svolto (per quanto ad esso strettamente collegati), sulla base delle informazioni acquisite.

Testi di appoggio, che hanno una funzione di consultazione dato che le trasparenze sono sufficienti per la preparazione della prova finale, sono i seguenti:
“Environmental radioactivity” – M.Eisenbud et T.Gesell – Academic Press
“Practical application of radioactivity and nuclear radiations” – G.C. Lowental et P.L. Airey – Cambridge University Press - ISBN 0521 553059
“Radioactivity, radionuclides,radiations” – J. Magill et J.Galy – Springer – ISBN 3-540-21116-0
“Tecniques for nuclear and particle physics experiments” – W.R.Leo – Springer Verlag – ISBN 3-540-57280-5
“Radiation and radioactivity on earth and beyond” – I.G. Draganic – CRC Press – ISBN 0-8493-8675-6

Gli studenti potranno richiedere un appuntamento per discutere argomenti del corso tramite l’indirizzo e-mail del docente ( andrea.giuliani@mib.infn.it ) che si impegna a rispondere agli studenti nel giro di uno – due giorni proponendo un ventaglio di date e orari per il ricevimento, che avverrà nello studio del docente.

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A.A. 2016/2017

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2015/2016

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2014/2015

Anno di corso: 1
Curriculum: PERCORSO COMUNE