Course Syllabus
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 con rivelatori di radiazione alfa per misure spettroscopiche e di interazione radiazione-materia
- Esperienze con rivelatori di radiazione gamma per misure spettroscopiche, di interazione radiazione-materia, di effetto Compton, o di apparato semplificato per la PET
- Esperienza con rivelatori organici scintillanti per la caratterizzazione e rivelazione dei raggi cosmici al suolo
- Esperienze con rivelatori inorganici scintillanti accoppiati a SiPM per la rivelazione i radiazione gamma e raggi cosmici.
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, misure di effetto Compton, misure con apparato simil-PET.
Caratterizzazione della radiazione cosmica al suolo usando scintillatori plastici e tecniche di coincidenza/anticoincidenza/veto.
Misure di spettroscopia gamma e di rivelazione di raggi cosmici 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: lezioni di 2 ore per un totale di 12, svolte per tutti gli studenti all'inizio del primo semestre. Vengono trattati gli argomenti necessari per lo svolgimento e la comprensione delle esperienze del laboratorio
- Parte pratica: 84 ore svolte in incontri di 4 ore ciascuno per 2 mattine a settimana, da svolgere a scelta nel primo o secondo semestre (fino a riempimento dei posti disponibili). Gruppi di 2 o 3 studenti dovranno svolgere una esperienza tra quelle disponibili per l'intero arco di durata del laboratorio. La preferenza del semestre viene espressa per mezzo di un apposito questionario che verrà pubblicato sulla pagina elearning dopo avviso tramite forum agli iscritti alla pagina.
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 with alpha radiation detectors for spectroscopic and radiation-matter interaction measurements
- Practical experiences with gamma radiation detectors for spectroscopic or PET-like measurements, analysis of radiatio-matter interaction or of Compton effect
- Practical experiences with organic scintillators for detection and characterization of cosmic rays
- Practical experiences with inorganic scintillators coupled to SiPM detectors for gamma radiation and cosmic rays detection
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, Compton effect, and measures with PET-like apparatus.
Characterization of cosmic rays at ground: time of flight, speed and lifetime of muons using plastic
scintillators and coincidence/anticoincidence/veto techniques.
Gamma and cosmic rays 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: 12 hours organized in 2 hours lessons, given for all the students at the beginning of the first semester. They are fundamental to acquire the basics about the to the topics that will be developed during the practical experiences in the laboratory
- Practical part: 84 hours organized in 2 mornings of 4 hours each at week, to be attended at choice between first or second semester (until filling of the available places). Groups composed of 2 or 3 students are assigned one single practical experience among those available, to be developed during the whole duration of the laboratory. The indication of the semester preference will be expressed by a questionary that will be published on the elearning page after advising all the registered students via forum email.
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
Students' opinion
Bibliography
Staff
- Andrea Davide Benaglia
- Silvia Capelli
- Martina Malberti