Università degli studi dell'Insubria

RADIOATTIVITA'

A.A. di erogazione 2013/2014

Laurea Magistrale in FISICA
 (A.A. 2013/2014)
Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
FISICA SPERIMENTALE (FIS/01)
Crediti: 
6
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
48
Dettaglio ore: 
Lezione (48 ore)

Ci si attende che lo studente arrivi a possedere una conoscenza generale, seppure a livello introduttivo, del fenomeno noto come radioattività. Oltre alla relativa fisica di base e ai modelli più rilevanti che lo descrivono, il corso introdurrà elementi relativi alle numerose applicazioni di questo fenomeno, in campo 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 material. Interazione di neutroni con la materia: generalità, neutroni lenti e veloci, sezione d’urto per cattura e fissione, lunghezze di attenuazione e moderazione di neutroni, equazione dell’età di Fermi
I RIVELATORI DI RADIAZIONE Caratteristiche di un rivelatore: sensibilità, risoluzione energetica, risposta temporale, tempo morto e relativi metodi di calcolo, efficienza. Rivelatori a gas: caratteristiche e principi di funzionamento. 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; definizione di vita media, legge del decadimento radioattivo, unità di misura 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 Curva di sopravvivenza cellulare, lesioni da radiazioni (contaminazione esterna ed interna), danni da radiazione e radicali liberi, effetti delle radiazioni: danni somatici (effetti deterministici ed effetti stocastici), danni genetici, esposizione della popolazione alle radiazioni ionizzanti I principi della radioprotezione e cenni di radioprotezione dell’ambiente
APPLICAZIONI DELLE RADIAZIONI Applicazioni industriali: traccianti radioattivi, radiografie e tecniche di gauging, NAA, radiografie a neutroni, batterie nucleari, sterilizzazione Applicazioni mediche: tecniche di imaging, tecniche terapeutiche Applicazioni scientifiche: esempi di applicazioni dei vari radionuclidi in vari campi - cenni di struttura dell’atmosfera e applicazioni del 7Be - 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; motivi della pericolosità del Rn Inalazione di particolato e figli del Rn, fattore moltiplicativo di rischio per i fumatori, definizione di EEC e WL, fattore di equilibrio Radon outdoor: sorgenti, tipici andamenti delle concentrazioni, profilo in atmosfera. Radon indoor: sorgenti (suolo, materiali da costruzione, acqua), meccanismi di accumulo del Rn nei luoghi chiusi, 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. Il Rn nelle abitazioni e negli ambienti di lavoro. Il Rn emanato da materiale edilizio, indice di attività Il Rn nel

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. 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
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 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 prinpali 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.