Course Syllabus
Obiettivi
Descrizione dei fondamenti del decadimento radioattivo, delle sorgenti radioattive e dei metodi di misura della radioattività.
Contenuti sintetici
Introduzione ai modelli nucleari
Caratterizzazione dei decadimenti radioattivi
Legge del decadimento radioattivo
Sorgenti radioattive naturali: fossili e cosmogeniche
Sorgenti radioattive artificiali
Tecniche per la caratterizzazione delle sorgenti radioattive tramite misure di attività
Tecniche per la caratterizzazione delle sorgenti radioattive tramite misure di concentrazione
Metodi di simulazione per la caratterizzazione di sorgenti radioattive
Programma esteso
Introduzione ai modelli nucleari
- Caratteristiche generali del nucleo atomico
- Concetto di difetto di massa
- Energia di legame dei nucleoni
- Descrizione della tavola dei nuclidi
- Modello a goccia e formula di von Weizsäcker
Caratterizzazione dei decadimenti radioattivi
- Il decadimento alfa
- Il decadimento beta
- Il decadimento gamma
Legge del decadimento radioattivo
- Formulazione generale del decadimento radioattivo
- Variazione temporale della concentrazione del nucleo radioattivo e dei nuclei figli
- Definizione di attività e relative unità di misura
- Applicazione a decadimenti multipli e catene radioattive
- Condizioni di equilibrio secolare
Sorgenti radioattive naturali: fossili e cosmogeniche
- La radioattività naturale fossile
- Le catene radioattive naturali: equilibrio secolare e sua rottura
- I raggi cosmici primari e secondari
- Nuclei radioattivi di origine cosmogenica
Sorgenti radioattive artificiali
- Reazioni nucleari per la produzione di radioattività antropogenica
- Fondamenti di fissione nucleare: ordigni e reattori nucleari
- La dispersione della radioattività artificiale nell'ambiente
Caratterizzazione dei rivelatori di radioattività.
- Interazione radiazione materia
- Caratteristiche dei rivelatori per misure di radioattività
- Aspetti connessi allo studio e all'analisi del segnale prodotto dai rivelatori
Tecniche per la caratterizzazione delle sorgenti radioattive tramite misure di attività
- Spettroscopia alfa
- Spettroscopia di fotoni: gamma e X
- Spettroscopia beta
- Misure di Radon
Metodi di simulazione per la caratterizzazione di sorgenti radioattive
- I simulatori numerici applicati all'interazione radiazione-materia
- Metodi per la corretta determinazione delle efficienze di misura
Tecniche per la caratterizzazione delle sorgenti radioattive tramite misure di concentrazione
- Analisi per spettrometria di massa
- Analisi per attivazione neutronica
- Fluorescenza X indotta
Applicazione delle tecniche di misura della radioattività
- Applicazione alla caratterizzazione dei Beni Culturali
- Studio di sorgenti di neutroni da acceleratori e da reattori
Prerequisiti
Conoscenze di base della laurea triennale in fisica
Modalità didattica
Lezioni frontali.
Sono inoltre previsti alcuni seminari integrativi che fanno parte del programma del corso.
Sono previste alcune visite ai laboratori di misura per la Radioattività.
Nel periodo di emergenza COVID-19 le lezioni si svolgeranno da remoto asincrono.
Verranno in ogni caso organizzati incontri periodici in videoconferenza sincroni e ove possibile in presenza fisica.
I seminari integrativi verranno comunque erogati in videoconferenza sincrona.
In periodo di emergenza non potranno essere garantite invece le visite ai laboratori di misura per la Radioattività
Materiale didattico
Kenneth S. Krane - Introductory Nuclear Physics, ed. John Wiley & Sons Inc
Merril Eisenbud - Environmental Radioactivity, ed. Academic Press
Glenn Knoll - Radiation detection and measurement, ed. John Wiley & Sons Inc
http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/
http://atom.kaeri.re.kr/
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale - Non sono previste prove in itinere
- Discussione sui vari argomenti discussi durante il corso
- Analisi di alcuni problemi di radioattività
- Descrizione di possibili approcci strumentali alle misure di radioattività
Orario di ricevimento
Lunedì - Venerdì previo appuntamento
Aims
Description of the basics of radioactive decay, of radioactive sources and methods for radioactivity measurements.
Contents
Introduction to nuclear models
Characterization of radioactive decays
Radioactive decay law
Natural radioactive sources: fossils and cosmogenics
Artificial radioactive sources
Activity measurements of radioactive sources
Concentration measurements of radioactive sources
Numerical simulation methods for radioactive source characterization
Detailed program
Introduction to nuclear models
- General characteristics of atomic nucleus
- Mass defect concept
- Binding energies of nucleons
- Description of table of nuclides
- Liquid drop model of nuleus and von Weizsäcker formula
Characterization of radioactive decays
- Alpha decay
- Beta decay
- Gamma decay
Radioactive decay law
- General formula of radioactive decay
- Variation in time of the concentration and activity of the parent and daughter nuclei
- Definition of activity and identification of physical units
- Multiple decays and radioactive chains
- Secular equilibrium conditions
Natural radioactive sources: fossils and cosmogenics
- Natural fossil radioactivity
- Natural radioactive chains: secular equilibrium and its breaking
- Primary and secondary cosmic rays
- Cosmogenic radioactive nuclei
Artificial radioactive sources
- Nuclear reactions for the production of anthropogenic radioactivity
- Basics of nuclear fission: bombs and nuclear reactors
- Dispersion of artificial radioactivity in the environment
Characterization of detector for radioactivity measurements
- Radiation interaction with matter
- Characterstics of detectors for radioactivity measurements
- Introduction of signal analysis for nuclear radiation detectors
Characterization of radioactive sources with activity measurements
- Alpha spectroscopy
- Gamma and X spectroscopy
- Beta spectroscopy
- Radon measurements
Numerical simulation methods for radioactive source characterization
- Numerical simulation applied to radiation matter interaction
- Methods to correctly determine the radioactivity measurement efficencies
Characterization of radioactive sources with concentration measurements
- Mass spectroscopy aalysis
- Neutron activation analysis
- X ray fluorescence
Application of radioactivity measurement techniques
- Cultural Heritage applications
- Studies on neutron sources from nuclear reactors and accelerators
Prerequisites
Basic knowledge of the three-year degree in physics
Teaching form
Lectures.
Some seminars on specific arguments will be organized as parts of the course program.
Some guided tours to radioactivity measurement laboratories will be organized.
During the COVID-19 emergency period the course will be delivered remotely with asincronous registered lessons.
In any case, videoconference meetings will be periodically organized and, if it will be possible, some meetings in presence will be held.
Seminars will be in any case organized remotely with the support of a videoconference remote connection.
During the emergency period tours to radioactivity measerement laboratories could not be guaranty.
Textbook and teaching resource
Kenneth S. Krane - Introductory Nuclear Physics, ed. John Wiley & Sons Inc
Merril Eisenbud - Environmental Radioactivity, ed. Academic Press
Glenn Knoll - Radiation detection and measurement, ed. John Wiley & Sons Inc
http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/
http://atom.kaeri.re.kr/
Semester
Second semester
Assessment method
Oral examination - No intermediate evaluation will be organized
- Discussion on argument presented during the course
- Analysis on some radioactivity aspects
- Description of possible instrumental approaches to radioactivity measurements
Office hours
Monday - Friday by appointment