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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 093808 - RADIOATTIVITA' E RADIOPROTEZIONE (C.I.)
Docente Campi Fabrizio , Pola Andrea
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Corso Integrato

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - BV (352) INGEGNERIA ENERGETICA*AZZZZ086055 - RADIOATTIVITA' E RADIOPROTEZIONE
E3NAZZZZ093808 - RADIOATTIVITA' E RADIOPROTEZIONE (C.I.)
EN3AZZZZ093808 - RADIOATTIVITA' E RADIOPROTEZIONE (C.I.)
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - BV (478) NUCLEAR ENGINEERING - INGEGNERIA NUCLEARE*AZZZZ091720 - RADIOATTIVITA'
061398 - RADIOPROTEZIONE
086055 - RADIOATTIVITA' E RADIOPROTEZIONE

Obiettivi dell'insegnamento

L’insegnamento intende fornire gli elementi di base della Fisica Nucleare e della Radioprotezione, ovvero offrire le conoscenze di base necessarie alla comprensione dei processi nucleari principali, delle proprietà fondamentali di campi di radiazione ionizzante, degli aspetti di maggior rilievo della radioprotezione.
Ad una introduzione dei concetti fondamentali della relatività ristretta fa seguito l’analisi dei principali processi fisici (emissione del corpo nero, effetto fotoelettrico, effetto Compton) che portano all’introduzione della nuova visione quantistica, in particolare della meccanica quantistica non relativistica. Una volta discusse le principali novità e conseguenze quantistiche si procede alla descrizione fenomenologica delle principali proprietà statiche del nucleo, all’introduzione delle quantità fisiche utili alla caratterizzazione nucleare e, infine, all’analisi dei principali processi di decadimento radioattivo. Sono previste attività di laboratorio finalizzate alla presentazione e discussione degli aspetti salienti dei processi di decadimento radioattivo.
L’insegnamento propone poi una introduzione alle grandezze fisiche radiometriche e dosimetriche, alla strumentazione utilizzata nella rivelazione e dosimetria dei campi di radiazione, alle tecniche di protezione adottate nell’ambito della Radioprotezione. Nell’intento di accrescere la sensibilità verso le problematiche associate alle misure ed alle valutazioni radioprotezionistiche saranno illustrati i principi di funzionamento degli strumenti più diffusi nell'ambito della radioprotezione, con particolare enfasi alle corrette modalità d’impiego. Le considerazioni e valutazioni dosimetriche saranno infine confrontate con i limiti ed i vincoli imposti dalla normativa nazionale.


Risultati di apprendimento attesi

Lo studente:

* conosce e sa analizzare gli elementi fondamentali e le principali implicazioni della relatività ristretta e della meccanica quantistica non relativistica

* riconosce, distingue e sa analizzare nelle loro parti i principali aspetti fenomenologici della fisica nucleare, i modelli nucleari a goccia di liquido e a strati, il processo stocastico di decadimento radioattivo, i processi di decadimento alfa, beta e gamma

* è in grado di applicare le conoscenze di base acquisite nell’ambito delle attività numerico-sperimentali alla comprensione, interpretazione e descrizione di sorgenti radioattive

*espone gli argomenti trattati utilizzando un linguaggio e una terminologia corretta ed appropriata dal punto di vista scientifico

*conosce le nozioni teoriche fondamentali della radioprotezione

* conosce il lessico specialistico utilizzato nella radioprotezione e distingue le numerose grandezze fisiche utilizzate

* è in grado di analizzare un problema reale e di impostarne la soluzione utilizzando gli strumenti teorici acquisiti nelle lezioni e gli esempi illustrati


Argomenti trattati

Elementi di teoria della relatività: richiami di equazione delle onde elettromagnetiche, principio di relatività di Galileo e principio di relatività ristretta, invarianza della velocità della luce, trasformazioni di Lorentz, effetti relativistici di dilatazione dei tempi, contrazione delle lunghezze, simultaneità.

Inadeguatezza della fisica classica: radiazione del corpo nero e teoria dei quanti, effetto fotoelettrico e quantizzazione del campo elettromagnetico, ipotesi del fotone, effetto Compton, righe spettrali dell’idrogeno

Struttura microscopica della materia: atomo di Bohr e quantizzazione del momento angolare, ipotesi di De Broglie, atomo di De Broglie, principio di indeterminazione di Heisenberg.

Cenni di meccanica quantistica non relativistica: funzione d’onda ed interpretazione, equazione di Schrodinger, stati stazionari, tunneling quantistico, quantizzazione dei livelli atomici, degenerazione dei livelli atomici, campo di forze centrali, armoniche sferiche, momento angolare orbitale e intrinseco

Elementi di fisica nucleare: scattering di Rutherford, sezione d’urto di reazione, proprietà statiche del nucleo, energia di legame e reazioni di fissione e fusione nucleare, modelli nucleari a goccia di liquido e a strati.

Decadimento radioattivo: legge generale, grandezze caratteristiche, principali modi di decadimento, Q-valore, decadimento alfa, decadimento beta, diseccitazione nucleare.

Le radiazioni ionizzanti e grandezze fisiche correlate: introduzione agli argomenti trattati nel corso. Verranno descritte le principali sorgenti di radiazioni: radionuclidi naturali ed artificiali, le macchine radiogene. Saranno illustrate le grandezze fisiche fondamentali per la caratterizzazione di dette sorgenti.

Interazioni della radiazione con la materia: principali fenomeni di interazione della radiazione ionizzante con la materia finalizzati alla descrizione del danno biologico.  

Grandezze radiometriche e dosimetriche: grandezze fisiche fondamentali per la dosimetria e le relazioni che intercorrono tra esse.

Strumentazione per la rivelazione delle radiazioni ionizzanti: principali strumenti utilizzati per la rivelazione delle radiazioni ionizzanti e i dosimetri maggiormente impiegati per la valutazione delle dosi individuali.

Tecniche di protezione dalle radiazioni: tecniche di protezione dalle radiazioni ionizzanti impiegate per limitare l’esposizione dei lavoratori e della popolazione.

Calcolo delle schermature: Verrà fatto un breve cenno alle tecniche utilizzate per la progettazione delle schermature richieste nell’impiego di macchine radiogene e sorgenti radioattive di varia natura.


Prerequisiti

Sono richieste le conoscenze basilari della fisica classica (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo) e dell’analisi matematica. In particolare, è utile una buona conoscenza dei principali fenomeni ondulatori (equazione delle onde, interferenza, diffrazione, onde stazionarie).


Modalità di valutazione

L'esame consiste in due prove orali, una relativa agli argomenti più direttamente legati alla Radioattività ed una dedicata alle tematiche proprie della Radioprotezione. La valutazione finale sarà data dalla media aritmetica dei risultati conseguiti nelle due prove.

Sarà valutata la capacità di:

- comprensione ed elaborazione degli aspetti e delle implicazioni fondamentali della relatività ristretta e della meccanica quantistica non relativistica

- esporre e discutere le principali proprietà fisiche del nucleo, gli aspetti e le grandezze fisiche fondamentali del decadimento radioattivo, gli aspetti fisici salienti dei decadimenti alfa, beta e gamma, e le principali tecniche di caratterizzazione associate

- comprendere ed elaborare gli aspetti fondamentali della fisica delle radiazioni e della dosimetria,

- esporre e discutere le principali grandezze radiometriche e dosimetriche, le tecniche di protezione e gli strumenti tipicamente utilizzati nella radioprotezione. Potrebbe essere richiesta qualche semplice valutazione numerica, finalizzata all'accertamento della padronanza delle tecniche illustrate a lezione

- esporre gli argomenti richiesti in modo efficace e con linguaggio tecnico appropriato

La prova inerente le tematiche di Radioprotezione prevede come prima fase l'esposizione da parte del candidato di un argomento a sua scelta tra quelli trattati nel corso delle lezioni. 


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaDispense fornite dai docenti https://beep.metid.polimi.it/
Risorsa bibliografica facoltativaFranco Ciccacci, Fondamenti di Fisica Atomica e Quantistica, Editore: EdiSeS, Anno edizione: 2015, ISBN: 8879597159
Risorsa bibliografica facoltativaKenneth Krane, Introductory Nuclear Physics, Editore: Wiley, ISBN: 0-471-80553-X
Risorsa bibliografica facoltativaCarlo Polvani, Elementi di Radioprotezione, Editore: ENEA, Anno edizione: 1987
Risorsa bibliografica facoltativaMaurizio Pelliccioni, Fondamenti fisici della Radioprotezione, Editore: Pitagora
Risorsa bibliografica facoltativaKnoll G. F., Radiation Detection and Measurement, Editore: John Wiley & Sons, ISBN: 9780470131480

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
80:30
120:45
Esercitazione
14:30
21:45
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
5:00
7:30
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 100:00 150:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
20/10/2020