Course Syllabus
Obiettivi
Obiettivo del corso è l’apprendimento dei più aggiornati strumenti di simulazione numerica attualmente disponibili sull'interazione particelle-materia e, in particolare, sul funzionamento di rivelatori di radiazione a gas.
Contenuti sintetici
Simulazione MC di rivelatori di radiazione
Apprendimento uso GEANT4
Apprendimento uso ROOT
Apprendimento uso Garfield.
Programma esteso
Obiettivo del corso è l’apprendimento dei più aggiornati strumenti di simulazione numerica attualmente disponibili sull'interazione particelle-materia e, in particolare, sul funzionamento di rivelatori di radiazione a gas. Trattandosi di una attività svolta prevalentemente al computer si presta bene ad una modalità di apprendimento di tipo e-learning. Sono comunque previste alcune lezioni frontali di natura introduttiva, e due sessioni di laboratorio in cui gli studenti potranno verificare il funzionamento dei dispositivi simulati e la corrispondenza tra simulazione e comportamento reale. Il corso prevede un totale di 6 CFU ripartiti tra lezione Frontale e Blended-Learning.
Al centro del corso è l'apprendimento dell’utilizzo della piattaforma di simulazione di interazione particelle-materia GEANT4 (http://geant4.cern.ch/). Si tratta di una piattaforma di pubblico dominio sviluppata al CERN e per la quale sono già disponibili in rete istruzioni interattive, manuali, help desk e quant'altro necessario per l'apprendimento remoto. Collegato all'uso di GEANT è l'apprendimento del programma di analisi dati ROOT (http://root.cern.ch/), anch'esso libero e accessibile in rete. Infine, per la simulazione dei rivelatori a gas utilizzati nel laboratorio, è previsto anche l’utilizzo di un programma di simulazione specifico denominato GARFIELD (http://garfield.web.cern.ch/garfield/).
Obiettivo delle lezioni frontali è di fornire agli studenti
i) le conoscenze di base necessarie a descrivere le interazioni fisiche fondamentali che avvengono nei rivelatori di radiazione a gas
ii) le conoscenze di base necessarie per comprendere i modelli matematico-numerici utilizzati nella simulazione dei processi d'interazione all'interno di un rivelatore
iii) Ogni studente verrà inoltre dotato di un sistema operativo su macchina virtuale già completo di istallazioni di GEANT4, ROOT e GARFIELD.
Le conoscenze di base saranno approfondite e messe in atto nella parte centrale del corso che riguarda l'apprendimento dei programmi di simulazione. Questa fase del corso sarà svolta in modalità remota utilizzando un sito web specifico del corso dove verranno messi a disposizione:
o Macchina virtuale sopra descritta
o Programma di attività specifico per simulazioni e laboratorio
o Forum/blog interattivo per contatto diretto tra studenti e tra studenti e docente
o Quiz volti a verificare lo stato di apprendimento
o Esercizi specifici e (a richiesta) loro soluzioni
o Ulteriore Materiale didattico integrativo (presentazioni, documenti, etc)
Nell'ultima parte del corso gli studenti avranno accesso a un laboratorio dotato di rivelatori a gas di tipo GEM (Gas Electron Multiplier) utilizzati per la rivelazione di radiazione in numerosi esperimenti di fisica di base e applicata. Si prevedono tre sessioni di quattro ore ciascuna dove confrontare i risultati ottenuti dalle simulazioni con i dati misurati con i rivelatori.
Prerequisiti
Fisica I e Fisica II
Modalità didattica
- Lezione frontale, (spiegazione face to face)
- Esercitazione (scrittura di programmi di simulazione insieme)
- Blended Learning (collegamenti remoti, risoluzione di esercizi)
Tutte le lezioni saranno videoregistrate
Materiale didattico
Geant4 and ROOT manuals
**G.F. Knoll, Radiation Detection and Measurement
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo Semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Modalità dell’esame:
- Orale
Viene richiesta la preparazione di un elaborato sui vari esercizi proposti durante il corso. L'esame parte con una discussione sull'elaborato per poi spaziare con domande più generiche sia sulla parte più simulativa sia su quella più generale presentata all'inizio del corso.
Nel caso di persistenza di un 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.
L'orale si può tenere in lingua inglese.
Valutazione dell’esame:
- Voto in trentesimi 18-30/30
Orario di ricevimento
Su richiesta tramite posta elettronica
Sustainable Development Goals
Aims
The objective of the course is to learn the up-to-date numeric simulation instruments presently available about the radiation matter interaction and in particular about the operation of gaseous radiation detectors.
Contents
MC Simulation of radiation detectors
Learning GEANT4
Learning ROOT
Learning Garfield.
Detailed program
The aim of the course is learning the latest numerical simulation tools currently available about particle-matter interaction and, in particular about the functioning of radiation gaseous detectors. Since this is a work performed mainly on the computer, it lends itself well to a e-learning mode. However, some introductory lectures are foreseen as well as two laboratory sessions in which students will be able to check the operation of the simulated devices and the correspondence between simulation and actual behavior.
The course includes a total of 6 credits distributed between front and Blended-Learning lesson.
The most important aim of the course is learning how to use the simulation platform of particle-matter interaction GEANT4 (http://geant4.cern.ch/). This is a platform developed at CERN available in the public domain and for which on-line interactive instructions, manuals, help desk and everything else needed for the learning remote are already and freely available. Related to the use of GEANT, there will be the learning of the ROOT data analysis program (http://root.cern.ch/), which is also free and accessible on the network. Finally, for the simulation of gas detectors used in the laboratory, it will be also provided the use of a specific simulation program called GARFIELD ().
The purpose of the lectures is to provide students
i) the basic knowledge needed to describe the fundamental physical interactions that occur in radiation gaseous detectors
ii) the basic knowledge necessary to understand the mathematical models used in the numerical simulation of the processes of interaction within a detector
iii) Each student will also be equipped with an operating system located on a virtual machine where GEANT4, ROOT and GARFIELD are already present
The basic knowledge will be further developed in the central part of the course that is about learning of simulation programs.
This phase of the course will be carried out remotely using a specific website where the following items will be made available:
· Virtual machine as described above
· Specific programme of activities and laboratory
· Forum / interactive blog for direct contact between students and between students and teacher
· Specific quiz designed to check the status of advance
· Specific exercises and (on request) their solutions
· Further supplementary teaching material (presentations, documents, etc.)
In the last part of the course, students will have access to a laboratory equipped with a GEM (Gas Electron Multiplier) gas detectors type that is used for the detection of radiation in many physics experiments. Three sessions of four hours each, where it will be possible to compare the results obtained from the simulations and the data measured by the detectors are foreseen.
Prerequisites
Physics I and Physics II
Teaching form
- Lessons, (face to face)
- Exercises (writing up of simulations codes)
- Blended Learning (remote connection, exercises)
All lesspns will be recorded.
Textbook and teaching resource
Geant4 and ROOT manuals
**G.F. Knoll, Radiation Detection and Measurement
Semester
Second semester
Assessment method
Examination type:
- Oral
The preparation of a summary on the various exercises proposed during the course is required. The exam starts with a discussion on the elaborate and then continues with more general questions both on the most simulative part (implemented codes) and on the more general one presented at the beginning of the course.
In an eventual Covid-19 emergency period, the 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.
The oral exam can be held in English.
Mark range:
- Mark in thirtieth 18-30/30
Office hours
On demand, after sending an e-mail
Sustainable Development Goals
Staff
-
Gabriele Croci
