Course Syllabus
Obiettivi
Conoscenza e capacità di comprensione: Lo studente acquisirà conoscenze avanzate delle tecniche e metodi
sperimentali della fisica dei plasmi, incluso l'utilizzo di alimentatori, sistemi da vuoto e rivelatori nonchè l'uso di diagnostiche per la misura
dei parametri del plasma.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Lo studente sarà in grado di applicare metodologie sperimentali
allo studio dei plasmi, eseguire analisi spettrali di segnali e implementare tecniche e programmi di analisi dei dati.
Autonomia di giudizio: Lo studente svilupperà capacità critiche nell'analisi di dati sperimentali complessi, nella
valutazione delle incertezze di misura e nell'interpretazione dei fenomeni della fisica dei plasmi in contesti fisici più
ampi.
Abilità comunicative: Lo studente sarà in grado di redigere relazioni scientifiche complete e presentare
efficacemente i risultati sperimentali utilizzando correttamente l'inglese scientifico e la terminologia tecnica
appropriata.
Capacità di apprendimento: Lo studente acquisirà competenze di ricerca collaborativa per affrontare problemi fisici
complessi all'interno di gruppi di lavoro, applicando metodologie scientifiche rigorose e sviluppando capacità di
apprendimento autonomo per argomenti avanzati di fisica dei plasmi.
Contenuti sintetici
Plasmi prodotti in scariche elettriche nei gas.
Plasmi freddi a bassa pressione.
Plasmi a radiofrequenza.
Plasmi freddi a pressione atmosferica.
Diagnostiche dei plasmi.
Processi a plasma per il trattamento di materiali.
Rivelatori di neutroni
Rivelatori gamma
Programma esteso
Il laboratorio prevede una introduzione sulle diverse tipologie di scariche elettriche nei gas, sui processi elementari che avvengono nei plasmi e sul trattamento dei materiali con il plasma. Si discuteranno anche i processi di fusione nucleare e le tecniche di rivelazione dei relativi prodotti.
Le esercitazioni prevedono la realizzazione in piccoli gruppi di esperimenti e semplici misure,
parzialemente a scelta degli studenti, secondo la numerosità dei gruppi e la disponibilità della strumentazione.
a) Allestimento e caratterizzazione di una scarica a bagliore (glow discharge)
b) Allestimento e caratterizzazione di un plasma per mezzo di un’antenna a radiofrequenza
c) Caratterizzazione di una scarica elettrica a barriera isolante (DBD, Dielectric Barrier Discharge)
d) Caratterizzazione dell’interazione plasma-materiali anche con tecniche di fisica atomica.
e) Caratterizzazione di rivelatori di neutroni e gamma
Prerequisiti
E’ richiesta la frequenza al Laboratorio di Fisica dei Plasmi I.
E’ consigliabile ma non necessario aver frequentato i corsi di Fisica dei Plasmi I e II.
Nozioni di fisica e matematica dei corsi della laurea triennale in Fisica.
Modalità didattica
Tutte le attività didattiche si svolgeranno nella forma di ore di esercitazioni di laboratorio nell'edificio U9.
Si svolgeranno alcune lezioni introduttive svolte in modalità erogativa in presenza (12 ore);
Le altre ore saranno attività di laboratorio svolte in modalità interattiva in presenza (60 ore).
Sono previste in totale 72 ore di esercitazioni di laboratorio (corrispondenti a 6 cfu).
Materiale didattico
Testi di riferimento:
Y.P.Raizer, Gas Discharge Physics, Springer-Verlag, 1991.
M.A. Lieberman and A.J. Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, Wiley, 1994.
I.H. Hutchinson, Principles of Plasma Diagnostics, Cambridge University Press, 1990.
Sul sito web http://virgilio.mib.infn.it/labdida/doku.php?id=laboratorio_di_plasmi
è possibile trovare le informazioni sul laboratorio e le attività didattiche.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
anno I, semestre II
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame consite in un colloquio orale (da sostenere dopo la preparazione di una relazione scritta sulle attività di laboratorio).
Non sono previste prove in itinere, ma soltanto un esame finale.
Per essere ammessi all’esame è necessario redigere una relazione su tutte le esperienze effettuate in laboratorio.
La relazione, redatta in lingua inglese, deve riportare una sintetica descrizione degli apparati utilizzati, i risultati
ottenuti e una breve discussione degli stessi.
L’esame, che si terrà in modalità orale, verterà principalmente sulla discussione della relazione stessa, con
eventuali richiami dei concetti esposti durante le lezioni introduttive.
Durante l'esame saranno valutate la qualità della relazione, la cura prestata nell'esecuzione delle misure e delle
relative analisi dati, e la comprensione dei concetti di fisica su cui si basano le esperienze.
Valutazione dell’esame:
Voto in trentesimi 18-30/30
Orario di ricevimento
Durante l'anno di corso:
Su appuntamento via email (ruggero.barni@unimib.it), presso lo studio del docente (U2-3029, III piano)
e/o del codocente (gabriele.croci@unimib.it, U2-3013, III piano).
Sustainable Development Goals
Aims
Knowledge and understanding: Students will acquire advanced knowledge of experimental techniques and
methods in plasma physics, including the use of power supplies, vacuum systems, and plasma diagnostic tools for
parameter measurement.
Applying knowledge and understanding: Students will be able to apply experimental methodologies to plasma
studies, perform spectral analysis of signals, and implement numerical tools for data analysis.
Making judgements: Students will develop critical skills in analyzing complex experimental data, evaluating
measurement uncertainties, and interpreting plasma physics phenomena within broader physical contexts.
Communication skills: Students will be able to write comprehensive scientific reports and present experimental
results effectively using proper scientific English and appropriate technical terminology.
Learning skills: Students will acquire collaborative research skills for addressing complex physical problems within
working groups, applying rigorous scientific methodology and developing autonomous learning capabilities for
advanced plasma physics topics.
Contents
Plasmas produced in electrical discharges in gases.
Low pressure cold plasmas.
Radiofrequency plasmas.
Cold plasmas at atmospheric pressure.
Plasma diagnostics.
Plasma processing for material treatments.
Neutron detectors
Gamma detectors
Detailed program
The laboratory starts with an introduction on electrical discharges in gases,
on elementary processes in plasmas and on plasma processing of materials.
We also discuss nuclear fusion and the diagnostics aimed to the fusion products.
Experiments will be realized in small groups concerning, partially at student will, according to the available instrumentations and the number of students:
a) Characterization of a glow discharge
b) Characterization of a plasma produced by a radiofrequency antenna
c) Characterization of a DBD, Dielectric Barrier Discharge
d) Characterization of plasma-material interactions also with atomic physics methods.
e) Characterization of neutron and gamma detectors
Prerequisites
It is required to have attended to the Plasma Physics Laboratory I.
It is useful but not needed to have attended to general courses of Plasma Physics.
Maths and physics concepts given in the first-level degree.
Teaching form
Activities will be held in laboratory in U9 building.
Introductory delivered in face-to-face delivery mode (12 hr);
Laboratory activities delivered in face-to-face interactive mode (60 hr).
Introductory lectures will be delivered in Italian.
Laboratory: 72 hours (6 cfu)
Textbook and teaching resource
References:
Y.P.Raizer, Gas Discharge Physics, Springer-Verlag, 1991.
M.A. Lieberman and A.J. Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, Wiley, 1994.
I.H. Hutchinson, Principles of Plasma Diagnostics, Cambridge University Press, 1990.
website: http://virgilio.mib.infn.it/labdida/doku.php?id=laboratorio_di_plasmi
Semester
First year, second semester
Assessment method
Oral (after the presentation of a written report of the experiments performed).
There are no in-progress tests, only a final exam.
To be admitted to the examination, a report must be drawn up on all the experiments carried out in the laboratory.
The report, written in English, must contain a brief description of the apparatus used, the results obtained and a brief discussion of them.
The examination, which will be held orally, will focus mainly on the discussion of the report itself, with possible mentions of the concepts
explained during the introductory lectures and to connect experimental results with basic plasma properties.
During the examination, the quality of the report, the care taken in performing the measurements and related data
analysis and the understanding of the physics concepts on which the experiments are based will be evaluated.
Mark range:
18-30/30
Office hours
During the year:
Book a meeting by email (ruggero.barni@unimib.it), at the teacher office (U2-3029, III floor) and/or
the other teacher office (gabriele.croci@unimib.it, U2-3013, III piano).
Sustainable Development Goals
Staff
-
Ruggero Barni
-
Gabriele Croci
