Course Syllabus
Obiettivi
Scopo del corso e' la comprensione del ruolo del neutrone nella Fisica e la sua importanza in alcune applicazioni al giorno d'oggi qauli la fissione, la fusione nucleare e gl iesperimenti di scattering con neutroni lenti.
Inotre, il corso si propone di descrivere i principi di Fisica su cui si basa la rivelazione dei neutroni lenti e veloci. Particolare enfasi viene data alle tecniche di rivelazione usate per la spettroscopia dei neutroni veloci da 2.5 e 14 MeV e sul loro ruolo per la diagnosi di plasmi termonucleari DD e DT. lo stato dell'arte delle strmentazione per le misure viene presentato insieme agli ultimi sviluppi del campo.
Contenuti sintetici
Il corso si occupa della fisica dei nutroni lenti e veloci e delle loro principali applicazioni: scattering dei neutroni, fissione e fusione nucleare.
particolare enfasi viene data ai principi di Fisica che si usano per la rivelazione dei neutroni, incluso le tecniche di spettroscopia neutronica.
Programma esteso
1. Il neutrone come particella elementare.
Scoperta del neutrone (lettura articolo nature di Chadwick+altri lavori)
Principali proprietà del neutrone
Sorgenti di neutroni. (radioisotopi, generatori DT, sorgenti a spallazione impulsate)
2. Rivelazione di neutroni.
Reazioni nucleari dirette, nucleo composto, risonanze
Sezioni d’urto neutroniche
Metodi per la rivelazione di neutroni lenti
Metodi per la rivelazione di neutroni veloci e spettroscopia
3. Scattering del neutrone
Scattering dei neutroni in potenziale centrale
Scattering elastico e diffrazione alla Bragg
Scattering inelastico
4. Neutroni per lo studio della materia condensata
Diffrazioni da cristalli
Spettroscopia neutronica
Strumentazione per esperimenti di scattering
5. Strumentazione avanzata per spettroscopia neutronica di plasmi da fusione
MPR, TOFOR e derivazione random coincidence background
6 Neutroni ed energia nucleare
Derivazione formula semiempirica dell’energia di legame del nucleo.
Fissione nucleare. Moderazione dei neutroni, letargia. Trasporto e diffusione dei neutroni.
Il reattore a fissione: formula dei 4 fattori, esempi di reattori, problema delle scorie radioattive
Fusione termonucleare magnetica. Derivazione del criterio di Lawson e bilancio energetico. Particelle alfa e Q valore.
Fusione termonucleare a confinamento inerziale: criterio di Lawson, spettro dei neutroni e diagnostiche neutroniche
Visone Film: “I ragazzi di via panisperna”
7 (opzionale)
Seminario/esercitazioni pratiche sul codice MCNP
Soft Error causati dall’interazione dei neutroni atmosferici
Prerequisiti
E' preferibile aver terminato la laurea triennale in Fisica o ingegneria.
il corso e' aperto a tutti gli studenti della laurea magistrale in fisica.
si raccomanda la partecipazione in aula.
Modalità didattica
Lezioni frontali alla lavagna
Esame orale basato su tre domande.
Materiale didattico
Testo: G, F, Knoll, “Radiation detection and measurement”
K. S. Krane, “Introductory nuclear physics”
C.G. Windsor, “Pulsed neutron scattering”
G. L. Squires, “Introduction to the theory of thermal neutron scattering”
Materiale vario che verrà fornito dal docente: articoli e fotocopie di dispense
Periodo di erogazione dell'insegnamento
tipicamente il primo semestre.
gli orari dettagliati vengono concordati di anno in anno con gli sudenti per minimizzare le possibili sovrapposizioni con altri corsi.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
esame orale mirato a valutare la comprensione degli argomenti del corso. La durata del'esame orale e' in media di 45/60 minuti.
Durante il corso gli studenti sono invitai ad approfondire con maggiore dettaglio una argomento del corso, con approfondimenti tramite articoli scientifici distribuiti dal docente.
Su richiesta dello studente l'esame potrà essere sostenuto in lingua inglese.
Orario di ricevimento
da concordare tramite email con il docente
Sustainable Development Goals
Aims
The aim of the course is to understand the role of the neutron in Physics and its importance in some of today's applications such as Nuclear fission, Nuclear Fusion and Neutron scattering experiments.
In addition, the course aims to describe the Physics principle on which the detection of neutrons is based and on the instrumentation techniqes used for spectroscopy of 2. and 4 MeV neutrons in DD and DT
Contents
The course deals with the physics of slow and fast neutrons and their main applications: neutron scattering, fission and nuclear fusion.
Particular emphasis is given to the Physics principles that are used for the detection of neutrons, including neutron spectroscopy. spcial focus is given to the neutron diagnostics of thermonuclear plasmas.
Detailed program
1. The neutron as elementary particle.
Discovery of the neutron (Chadwick + reading Nature article and other papers)
Main properties of the neutron
Neutron sources (Radioisotopes, DT generators, spallation pulsed sources)
2. Neutron detection
Direct nuclear reactions, compound nucleus, resonance
Neutron cross sections
Methods for the detection of slow neutrons
Methods for the detection of fast neutrons and spectroscopy
3. Neutron Scattering
Neutron Scattering in central potential
Elastic scattering and diffraction at the Bragg
Inelastic scattering
4. Neutrons for the study of condensed matter
Diffraction by crystals
Neutron spectroscopy
Instrumentation for scattering experiments
5. Advanced instrumentation for neutron spectroscopy of fusion plasmas
MPR, TOFOR, derivation of random coincidence background
6 Neutron and Nuclear Energy
Derivation of the semiempirical formula for binding energy of the nucleus.
Nuclear fission. Neutron moderation, lethargy. Transport and neutron scattering.
The fission reactor: the 4-factor formula, examples of reactors, radioactive waste problem
Magnetic thermonuclear fusion. Derivation of the Lawson criterion and energy balance. Alpha particles and Q value.
Thermonuclear fusion, inertial confinement: Lawson criterion, diagnostic spectrum of neutrons and neutron
Movie: “I ragazzi di Panisperna”
7 (optional)
Seminar/practical exercises on the simulation code MCNP
Soft errors caused by the interaction of atmospheric neutrons
Prerequisites
it is prefable that the student have completed the three year degreee in Physics on Engeneering.
the class is open to all the student of the master degree in Physics.
particpation to the classroom is reccomended.
Teaching form
lessons in the class with the black dashboard
oral examination based on three questions.
Textbook and teaching resource
Testo: G, F, Knoll, “Radiation detection and measurement”
K. S. Krane, “Introductory nuclear physics”
C.G. Windsor, “Pulsed neutron scattering”
G. L. Squires, “Introduction to the theory of thermal neutron scattering”
additional materials will be provided by the teacher such as scientific journals or notes
Semester
usually the first semester
Detailed schedules are agreed each year with the students to minimize possible overlaps with other courses.
Assessment method
oaral examinatio aimed at assessing the comprehension of the course topics. The duration of the oral exam is on average 45/60 minutes.
During the class the students are invited to study in more detail a topic of the course, with an in-depth analysis through scientific articles distributed by the teacher
On request the exam can be sustained in English.
Office hours
to be arranged with the teacher via email
