Course Syllabus
Obiettivi
La rilevazione di radiazioni ionizzanti come i raggi X, raggi γ, le particelle α e i neutroni è ampiamente applicata in molte aree industriali, come quelle mediche, ambientali, aerospaziali….
Partendo da una panoramica dell'interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia, che evidenzia la dipendenza dall'energia e dal tipo di materiale bersaglio, il corso fornisce i concetti di base della fisica nucleare e della dosimetria. In quanto tali, rappresentano il fondamento comune ed essenziale per evidenziare i requisiti delle proprietà dei materiali per la rivelazione ad alte prestazioni delle radiazioni ionizzanti. Inoltre, il corso prepara gli studenti ad applicare le conoscenze teoriche acquisite alla risoluzione di problemi reali. Al termine del corso, lo studente conosce le leggi fondamentali che governano l'interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia, nonché il loro significato e ambito di applicazione (Conoscenza e comprensione). Inoltre, lo studente è in grado di applicare le conoscenze acquisite nella modellazione, analisi e soluzione di problemi pratici incontrati nelle sessioni sperimentali (Conoscenza e comprensione applicate) ed è in grado di identificare il metodo più adatto per affrontare diverse tipologie di problemi (Autonomia di giudizio). Durante il corso, lo studente acquisisce anche un linguaggio scientifico adeguato che gli consente di comunicare i concetti appresi in modo rigoroso e appropriato (Abilità comunicative). Infine, al termine del corso, lo studente riconosce l'importanza di una descrizione quantitativa e rigorosa delle grandezze fisiche e della descrizione formale delle loro relazioni, acquisendo così un approccio scientifico essenziale per lo studio di alcune applicazioni basate sui meccanismi tra radiazioni ionizzanti e materiali (Capacità di apprendimento).
Contenuti sintetici
Fodamenti di fisica nucleare. Cenni di radioattività. Sorgenti di radiazioni ionizzanti. Trasferimento di energia dalle radiazioni ai materiali. Dosimetria. Applicazione di tecniche sperimentali basate sull'interazione radiazione-materia.
Programma esteso
Argomenti importanti sono:
- sezioni d'urto di interazione (classica),;
- meccanismi di interazione di fotoni, neutroni e particelle cariche;
- fondamenti di dosimetria, difetti indotti dalla radiazione;
- Tecniche sperimentali per lo studio degli effetti dell'interazione radiazione-materia sulle proprietà fisiche dei materiali con particolare attenzione ai semiconduttori e agli scintillatori, che rappresentano le due principali classi di materiali rivelatori di radiazione di interesse;
- Rivelatori di radiazioni ionizzanti, proprietà e caratteristiche fondamentali degli scintillatori, dosimetri.
Gli studenti durante il corso frequenteranno laboratori di ricerca dove potranno svolgere attività sperimentali riguardanti le tecniche di luminescenza applicate nel campo della dosimetria e la tecnica di fluorescenza a raggi X applicata nella caratterizzazione dei materiali.
Prerequisiti
Conoscenza di base di fisica della materia
Modalità didattica
Il corso prevede:
- 23 lezioni da 2 ore svolte in modalità erogativa in presenza (DE);
- 7 attività di laboratorio da 2 ore svolte in modalità erogativa in presenza (DE);
- 4 lezioni da 2 ore di discussione in modalità attività interattiva in presenza (DI)
Le lezioni saranno in inglese supportate da presentazioni e video.
Materiale didattico
Slides e parti di testo selezionate dal docente
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre (Marzo-Giugno)
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame si svolge tramite:
•Una discussione sugli argomenti trattati durante le lezioni;
• una discussione sull'attività sperimentale svolta in laboratorio, anche sulla base della relazione scritta.
• una breve presentazione di un argomento a scelta da parte dello studente.
Si valuta il livello di apprendimento, la capacità critica e di comunicazione dello studente. Non ci saranno prove in itinere.
Orario di ricevimento
8 - 18
L'appuntamento è concordato con la docente tramite e-mail.
Sustainable Development Goals
Aims
The detection of ionizing radiation such as X-ray, γ-ray, α-particle, and neutrons has been widely required in many industrial areas, such medical, environmental, aerospace….
Starting from an overview of the interaction of ionizing radiation with matter, which highlights the dependence on energy and the type of target material, the course provides the basic concepts of nuclear physics and dosimetry. As such, they represent the common and essential foundation to highlight the requirement of material properties for high performance ionizing radiation detection. Additionally, the course trains students to apply the theoretical knowledge acquired to solve real-world problems.
By the end of the course, the student knows the fundamental laws governing the interaction of ionising radiation with matter, as well as their significance and scope of application (Knowledge and understanding). Furthermore, the student is able to apply the acquired knowledge in the modeling, analysis, and solution of practical problems encountered in experimental sessions (Applied knowledge and understanding) and is capable of identifying the most suitable method for tackling different types of problems (Independent judgment). During the course, the student also acquires an adequate scientific language that allows them to communicate the learned concepts rigorously and appropriately (Communication skills). Finally, at the end of the course, the student recognizes the importance of a quantitative and rigorous description of physical quantities and the formal description of their relationships, thus acquiring a scientific approach essential for studying asome applications based on the mechanisms between ionizing radiation and materials (Learning skills).
Contents
Fundamental nuclear physics. Radioactivity. Sources of ionizing radiation. Energy transfer from radiation to materials. Dosimetry. Application of experimental techniques based on the interaction radiation-matter.
Detailed program
Important topics are:
- Interaction cross sections (classical);
- mechanisms for interaction of photons, neutrons and charged particles;
- fundamental on dosimetry, defects induced by radiation;
- Experimental techniques for the study of the effects of the interaction radiation-matter on the physical properties of the materials with particular focus on semiconductors and scintillators, representing the two primary classes of radiation detector materials that are of interest;
- Ionizing radiation detectors, scintillators properties and key characteristics, dosimeters.
- Quantum confinement and scintillation: intrinsic and extrinsic processes
- Fabrication and testing of quantum dot nanoscintillators and composites beyond the plastic paradigm.
Students during the course will attend research laboratories where they will be able to carry out experimental activities concerning the luminescence techniques applied in the dosimetry field and the X-ray Fluorescence technique applied in the material charactherisation.
Prerequisites
Basic knowledge of physics of matter
Teaching form
The course provides:
- 23 two-hour lectures, in person (Delivered Didactics);
- 7 two-hour experimental activities in person (Delivered Didatics);
- 4 two-hour of discussion with the students, interactive in nature (Interactive Didatics)
Lectures will be given in English supported by video projection of text, schemes, diagrams, pictures and movies.
Textbook and teaching resource
Slides and "ad hoc" textbook provided by the professor
Semester
Second semester (March-June)
Assessment method
The assessment is based on a final oral examination. based on:
• A discussion about the topics treated during the lessons ;
• A discussion on the experimental activity carried out in the laboratory, also on the basis of the written report.
• A short presentation on a topic covered in the lectures chosen by the student.
During the exam, the instructor evaluates the student's level of learning, critical thinking ability, and communication skills relevant to the specific field. There will be no intermediate tests.
Office hours
8 - 18
Appointments between professor and students can be agreed by e-mail.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Mauro Fasoli
-
Anna Galli
