Summary of Nuclear and Subnuclear Physics Laboratory

Course Syllabus

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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

- Nel periodo di emergenza Covid-19 le lezioni introduttive solitamente frontali saranno registrate asincrone. Verteranno sugli argomenti necessari per lo svolgimento e la comprensione delle esperienze del laboratorio e verranno caricate sulla pagina elearning prima dell'inizio del primo semestre.

- Due o più incontri telematici per discutere eventuali dubbi inerenti gli argomenti delle lezioni introduttive.

- Test per la valutazione della comprensione degli argomenti (svolgimento a casa e consegna telematica).

- Assegnazione a gruppi di massimo 3 studenti di una esperienza tra quelle disponibili. L'esperienza assegnata verrà svolta in presenza per l'intero arco di durata del laboratorio, ovvero un semestre a scelta (fino a saturazione posti disponibili, ovvero 21 nel primo semestre e 25 nel secondo).

Materiale didattico

- Slides 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 registrate asincrone comuni a tutti gli studenti del laboratorio caricate sulla pagina elearning prima dell'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 e via web

- 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 via email

- 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. Nel periodo di emergenza Covid-19 gli esami orali saranno solo telematici. Verranno svolti utilizzando la piattaforma WebEx e nella pagina e-learning dell'insegnamento verrà riportato un link pubblico per l'accesso all'esame di possibili spettatori virtuali.

Orario di ricevimento

Quotidiano, previo accordo via email col docente

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Aims

Education to the use of nuclear instruments and methods with applications in particle physics, in environmental analysis and medical diagnostics.

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

- In the Covid-19 emergency period the ibntroductory lessons, usually held in presence, will be asynchronous recorded lessons. They will be about the topics necessary for the development and understanding of the laboratory experiences and will be uploaded on the elearning page before the start of the first semester.

- Two or more web meetings to discuss doubts related to the topics explained in the introductory lessons.

- Test to evaluate the comprehension of the topics explained in the introductory lessons (each student will have to attend the test before starting the practical part of the laboratory).

- Assignment to groups of maximum 3 students of one experience among those available. The assigned experience will be carried out in the presence for the entire duration of the laboratory, or a semester of your choice (until saturation available places, or 21 in the first semester and 25 in the second);- 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

- Slides of 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

Asynchronous recorded introductory lessons available on the elearning page for all the students before 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 and via web

- 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. During the Covid-19 emergency period, oral exams will only be online. They will be carried out using the WebEx platform and on the e-learning page of the course there will be a public link for access to the examination of possible virtual spectators.

Office hours

Everyday, after checking via email the teacher availability