- Esperimentazioni di Fisica Nucleare e Subnucleare
- Introduzione
Syllabus del corso
Obiettivi
Acquisizione di strumenti, metodi e tecniche di laboratorio per misure di fisica nucleare e subnucleare con applicazioni
di fisica delle particelle, analisi ambientali e diagnostica medica.
Contenuti sintetici
Introduzione ai principi base per la rivelazione di radiazione ionizzante
Esperienze di spettroscopia per radiazione alfa
Esperienze di spettroscopia per radiazione gamma
Esperienze di rivelazione dei raggi cosmici al suolo
Esperienze con rivelatori inorganici scintillanti accoppiati a SiPM per la rivelazione i radiazione gamma
Programma esteso
Introduzione alla rivelazione di particelle: sorgenti di radiazioni, dosimetria, principi base di interazione radiazione-materia, principi base di funzionamento dei rivelatori di particelle più comuni, trattamento del segnale, acquisizione ed analisi dati.
Esperienze di Spettroscopia alfa, beta e gamma: ottimizzazione, taratura e caratterizzazione di rivelatori a stato solido; misure di attività; misure di relazioni energia/percorso e di ionizzazione specifica di particelle alfa; misure di assorbimento della radiazione gamma e misure di correlazioni in energia, angolo e tempo nei decadimenti nucleari.
Caratterizzazione della radiazione cosmica al suolo usando scintillatori plastici e tecniche di coincidenza/anticoincidenza/veto.
Misure di spettroscopia gamma con cristalli scintillanti inorganici accoppiati a rivelatori SiPM: caratterizzazione e comprensione delle particolarità dei rivelatori SiPM, ottimizzazione dei parametri di acquisizione, misure di spettroscopia gamma confrontando diversi cristalli scintillanti.
Prerequisiti
Nessuno
Modalità didattica
- Lezioni frontali introduttive agli argomenti necessari per lo svolgimento e la comprensione delle esperienze del laboratorio
- Assegnazione a gruppi di 3 studenti di una esperienza tra quelle disponibili da svolgersi per l'intero arco di durata del laboratorio
Materiale didattico
- Dispense delle lezioni introduttive
- Testo di riferimento: G.F.Knoll, “Radiation Detection and Measurement”
- Guide pratiche per le esperienze
- Manuali dei vari strumenti
- Tabelle relative ai decadimenti alfa/beta e gamma
- Relazioni degli anni precedenti sulle esperienze del laboratorio
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Lezioni frontali comuni a tutti gli studenti del laboratorio erogate all'inizio del primo semestre.
Parte pratica a scelta nel primo o secondo semestre fino a saturazione dei posti disponibili.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
- Interazione diretta con gli studenti in laboratorio
- Relazione finale, includente un'analisi critica dei dati raccolti, sull'esperienza specifica svolta in laboratorio, da far pervenire al docente almeno una settimana prima della data prevista per l'orale
- Esame orale concernente sia la relazione finale portata sia gli argomenti di rivelazione di particelle affrontati durante le lezioni introduttive e durante l'esperienza svolta in laboratorio.
Orario di ricevimento
Quotidiano, previo accordo via email col docente
Aims
Education to the use of nuclear instruments and methods with applications in particle physics, in
environmental analysis and medical diagnostics.
Contents
Introduction to the base principles for ionizing radiation detection
Practical experiences on alpha radiation spectroscopy
Practical experiences on gamma radiation spectroscopy
Practical experiences on cosmic rays detection
Practical experiences with inorganic scintillators coupled to SiPM detectors for gamma radiation
Detailed program
Introduction to particle detection: particle sources, dosimetry, particle-matter interaction base principles, base principles of more standard particle detectors and signal processing, data acquisition and data analysis.
Practical experiences on Alpha, beta and gamma spectroscopy: optimization, calibration and characterization of solid state detectors; measurements of activities; measurements of the range-energy curve and of the specific ionization of alpha particles;
measurements of gamma rays absorption and released energy, angle and time correlations in nuclear decays.
Characterization of cosmic rays at ground: time of flight, speed and lifetime of muons using plastic
scintillators and coincidence/anticoincidence/veto techniques.
Gamma measurement with inorganic scintillating crystals coupled do SiPM detectors: characterization and comprehension of the specific properties of SiPM detectors, optimization of working points and parameters for data acquisition, gamma spectroscopy measurements comparing the performances of scintillating crystals made of different compounds.
Prerequisites
None
Teaching form
- Frontal introductory lessons fundamental to acquire the basics about the to the topics that will be developed during the practical experiences in the laboratory
- Assigning to 3 students groups of one single practical experience among those available, to be developed during the whole duration of the laboratory.
Textbook and teaching resource
- Handouts about the introductory lessons
- Reference book: G.F.Knoll, “Radiation Detection and Measurement”
- Practical guides for each experience
- Instrumental manuals
- Gamma/beta and alpha radiation tables
- Reports from previous years' students about the practical experiences
Semester
Frontal introductive lessons given collectively for all the students attending the course at the beginning of the first semester.
Practice at student's choice to be attended during the first or the second semester until saturation of availability.
Assessment method
- Direct interaction with students in the laboratory
- Final detailed report including data analysis about the practical experience done during the laboratory, to be given to the teacher at least one week before the oral examination
- Oral examination concerning the presented final report and the general topics about particle detection faced up both during the introductory lessons and during the practical work.
Office hours
Everyday, after checking via email the teacher availability