ID:
141962
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
54
CFU:
6
SSD:
FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI
Url:
FISICA/PERCORSO COMUNE Anno: 1
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (24/02/2025 - 06/06/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Questo corso affronta i processi fisici alla base della produzione, interazione con la materia e rivelazione di radiazioni ionizzanti.
L’obiettivo principale è quello di fornire le basi teoriche e gli strumenti fondamentali per proseguire con attività di ricerca o con un ulteriore percorso formativo di specializzazione in ambito di Fisica applicata in cui siano coinvolte attività legate allo studio, utilizzo o rivelazione di radiazioni ionizzanti.
Le principali conoscenze acquisite dallo studente saranno:
Comprensione dei processi fisici responsabili dell'emissione di radiazioni ionizzanti da sorgenti naturali ed artificiali. Comprensione delle modalità di interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia. Approfondimento dei processi a bassa energia (1 keV-10 MeV) di interesse nelle applicazioni bio-medicali: interazioni con tessuti biologici e funzionamento dei rivelatori per radiazioni. Definizione e utilizzo delle grandezze dosimetriche. Conoscenza dei metodi e della strumentazione per la rivelazione delle radiazioni in fisica applicata: spettroscopia e dosimetria. Breve introduzione alla simulazione Monte Carlo per il trasporto di radiazione e alle grandezze della radioprotezione.
Durante il corso verranno assegnate varie esercitazioni da svolgere autonomamente che permetteranno allo studente di affrontare in modo indipendente problemi legati all’applicazione dei concetti di fondamentali affrontati a lezione.
In particolare, il corso si propone di sviluppare le seguenti abilità:
- effettuare efficaci predizioni rapide e quantitative dei risultati di processi o esperimenti che coinvolgono radiazioni ionizzanti in ambito di fisica applicata;
- modellizzare analiticamente e produrre previsioni del funzionamento di apparati sperimentali che includono sorgentei interazione con campioni e rivelatori di radiazione, tramite strumenti di calcolo numerico (es. Python, Matlab);
- conoscere selezionare i metodi di rivelazione e misura più opportuni in base all’applicazione spettroscopica o dosimetrica di interesse;
- valutare l’energia depositata in un mezzo da parte di un campo di radiazione e acquisire padronanza dei concetti dosimetrici fondamentali.
L’obiettivo principale è quello di fornire le basi teoriche e gli strumenti fondamentali per proseguire con attività di ricerca o con un ulteriore percorso formativo di specializzazione in ambito di Fisica applicata in cui siano coinvolte attività legate allo studio, utilizzo o rivelazione di radiazioni ionizzanti.
Le principali conoscenze acquisite dallo studente saranno:
Comprensione dei processi fisici responsabili dell'emissione di radiazioni ionizzanti da sorgenti naturali ed artificiali. Comprensione delle modalità di interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia. Approfondimento dei processi a bassa energia (1 keV-10 MeV) di interesse nelle applicazioni bio-medicali: interazioni con tessuti biologici e funzionamento dei rivelatori per radiazioni. Definizione e utilizzo delle grandezze dosimetriche. Conoscenza dei metodi e della strumentazione per la rivelazione delle radiazioni in fisica applicata: spettroscopia e dosimetria. Breve introduzione alla simulazione Monte Carlo per il trasporto di radiazione e alle grandezze della radioprotezione.
Durante il corso verranno assegnate varie esercitazioni da svolgere autonomamente che permetteranno allo studente di affrontare in modo indipendente problemi legati all’applicazione dei concetti di fondamentali affrontati a lezione.
In particolare, il corso si propone di sviluppare le seguenti abilità:
- effettuare efficaci predizioni rapide e quantitative dei risultati di processi o esperimenti che coinvolgono radiazioni ionizzanti in ambito di fisica applicata;
- modellizzare analiticamente e produrre previsioni del funzionamento di apparati sperimentali che includono sorgentei interazione con campioni e rivelatori di radiazione, tramite strumenti di calcolo numerico (es. Python, Matlab);
- conoscere selezionare i metodi di rivelazione e misura più opportuni in base all’applicazione spettroscopica o dosimetrica di interesse;
- valutare l’energia depositata in un mezzo da parte di un campo di radiazione e acquisire padronanza dei concetti dosimetrici fondamentali.
Prerequisiti
Fisica classica, elementi di struttura della materia e di fisica dello stato solido, elementi di meccanica quantistica, elementi di relatività, elementi di fisica nucleare. Interazione radiazione-materia.
Metodi didattici
Il corso è composto da: 1) lezioni in aula su tutti gli argomenti ed esercitazioni guidate; 2) esercitazioni analitiche e numeriche da svolgere in modo autonomo, finalizzate al consolidamento delle tematiche trattate e all'autovalutazione dell'apprendimento.
Verifica Apprendimento
Durante il corso verranno assegnati problemi ed esercitazioni allo scopo di verificare progressivamente la comprensione degli argomenti affrontati a lezione. L'esame finale consisterà in una prova orale, nella quale verranno discussi gli argomenti trattati per verificare la comprensione e la capacità di applicazione delle conoscenze acquisite a problemi concreti.
La valutazione sarà determinata in base ai risultati delle esercitazioni consegnate durante il corso e dall'esito dell'esame finale.
La valutazione sarà determinata in base ai risultati delle esercitazioni consegnate durante il corso e dall'esito dell'esame finale.
Testi
G.F. Knoll, Radiation detection and measurement. John Wiley & Sons, (4th Edition, 2010.)
E.B. Podgorsak, Radiation Physics for Medical Physicists, Springer-Verlag (3rd Edition, 2016).
F.H. Attix, "Introduction to radiological physics and radiation dosimetry", John Wiley & Sons (1986).
J. P. Gibbons, F. M. Khan, "Khan's The Physics of Radiation Therapy", Wolters Kluwer (5th Edition, 2014)
E.B. Podgorsak, Radiation Physics for Medical Physicists, Springer-Verlag (3rd Edition, 2016).
F.H. Attix, "Introduction to radiological physics and radiation dosimetry", John Wiley & Sons (1986).
J. P. Gibbons, F. M. Khan, "Khan's The Physics of Radiation Therapy", Wolters Kluwer (5th Edition, 2014)
Contenuti
1. Introduzione: radiazioni ionizzanti e grandezze radiometriche [2 ore]
2. Revisione dell'interazione radiazione-materia, con focus sui processi a bassa energia rilevanti per le applicazioni bio-mediche [14 ore]
Interazione di particelle cariche con la materia, collision and radiation stopping power, formula di Bethe, radiation yield, radiation length, range, picco di Bragg.
Interazione di fotoni con la materia (effetto fotoelettrico, scattering Compton e Thomson, scattering Rayleigh, produzione di coppie e interazioni fotonucleari), attenuazione del fascio di fotoni, half-value layer (HVL) e indurimento spettrale, coefficienti di trasferimento di energia. Revisione dei database disponibili per le grandezze di interazione radiazione-materia (stopping power, range, attenuazione e coefficienti di trasferimento di energia...).
5. Produzione di radiazioni ionizzanti [16 ore]
Radioisotopi e decadimenti radioattivi, esempi di applicazioni nel campo bio-medico (medicina nucleare: imaging e terapia) e nei test non distruttivi (datazione al carbonio). Tubo a raggi X e sorgenti di bremsstrahlung (linac, betatron). Panoramica sulla radiazione di sincrotrone, faciliy di luce di sincrotrone e insertion device.
6. Dosimetria [8 ore]
Grandezze e unità dosimetriche: fluenza, flusso, esposizione e il Roentgen, dose assorbita e il Gray, Kerma. Relazione tra dose e kerma, equilibrio delle particelle cariche e introduzione alla teoria delle cavità. Introduzione ai metodi Monte Carlo.
7. Rivelatori di radiazioni per la fisica applicata: imaging a raggi X, spettroscopia e dosimetria [10 ore]
Rivelatori per imaging a raggi X; spettroscopia X e gamma; camere di ionizzazione e contatori Geiger; altri dosimetri: calorimetrici, chimici, pellicole e radio-cromici, scintillazione (TLD e OSL), dosimetria a stato solido.
8. Elementi di radioprotezione [4 ore]
Trasferimento lineare di energia (LET) e effetti biologici delle radiazioni, fattore di qualità, dose efficace ed equivalente.
2. Revisione dell'interazione radiazione-materia, con focus sui processi a bassa energia rilevanti per le applicazioni bio-mediche [14 ore]
Interazione di particelle cariche con la materia, collision and radiation stopping power, formula di Bethe, radiation yield, radiation length, range, picco di Bragg.
Interazione di fotoni con la materia (effetto fotoelettrico, scattering Compton e Thomson, scattering Rayleigh, produzione di coppie e interazioni fotonucleari), attenuazione del fascio di fotoni, half-value layer (HVL) e indurimento spettrale, coefficienti di trasferimento di energia. Revisione dei database disponibili per le grandezze di interazione radiazione-materia (stopping power, range, attenuazione e coefficienti di trasferimento di energia...).
5. Produzione di radiazioni ionizzanti [16 ore]
Radioisotopi e decadimenti radioattivi, esempi di applicazioni nel campo bio-medico (medicina nucleare: imaging e terapia) e nei test non distruttivi (datazione al carbonio). Tubo a raggi X e sorgenti di bremsstrahlung (linac, betatron). Panoramica sulla radiazione di sincrotrone, faciliy di luce di sincrotrone e insertion device.
6. Dosimetria [8 ore]
Grandezze e unità dosimetriche: fluenza, flusso, esposizione e il Roentgen, dose assorbita e il Gray, Kerma. Relazione tra dose e kerma, equilibrio delle particelle cariche e introduzione alla teoria delle cavità. Introduzione ai metodi Monte Carlo.
7. Rivelatori di radiazioni per la fisica applicata: imaging a raggi X, spettroscopia e dosimetria [10 ore]
Rivelatori per imaging a raggi X; spettroscopia X e gamma; camere di ionizzazione e contatori Geiger; altri dosimetri: calorimetrici, chimici, pellicole e radio-cromici, scintillazione (TLD e OSL), dosimetria a stato solido.
8. Elementi di radioprotezione [4 ore]
Trasferimento lineare di energia (LET) e effetti biologici delle radiazioni, fattore di qualità, dose efficace ed equivalente.
Lingua Insegnamento
INGLESE
Corsi
Corsi
FISICA
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
Persone
Docenti
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