87981 - APPLICATIONS OF NUCLEAR PHYSICS

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of the course the student will have knowledge of the principal and most recent applications of Nuclear Physics principles and techniques applied to industrial processes as well as of the important and up-to-date applications to medicine, with emphasis to the experimental techniques used in fundamental physics research. Through realistic examples the student will acquire the capability to evaluate the particles type, energy and flux to be used in real cases.

Contenuti

Prima parte (Prof. Paolo Finelli - 24 ore)

La prima parte del corso è incentrata sulle applicazioni della fisica nucleare per la produzione di energia.

Gli studenti impareranno la fisica alla base dell'energia nucleare (fissione e fusione), come ottenere energia dai processi nucleari, come i reattori nucleari funzionano in sicurezza e il ciclo di vita del combustibile nucleare: dall'estrazione allo smaltimento.

Ecco un breve elenco di argomenti (basati sulla fissione)

1) Cenni sull'interazione neutrone-materia

2) Reattività del reattore nucleare

3) Teoria critica del reattore omogeneo

4) Fisica del ciclo del combustibile

5) Cinetica del reattore

e (basati sulla fusione)

6) Cenni di Fisica del Plasma

7) Moto di particelle singole (velocità di deriva)

8) Equazioni MHD

9) Modelli semplici per macchine di confinamento: Theta Pinch, Zeta Pinch, Magnetic Bottle

10) Tokamak

Nell'ultima parte della prima parte, ci concentreremo su ciò che conta di più nel dibattito pubblico: l'impatto economico e sociale dell'energia nucleare ma anche il futuro dei sistemi energetici.

Seconda parte (Dr. Roberto Spighi - 24 ore)

La seconda parte del corso è incentrata sulla tecnica dell'adroterapia e sui metodi diagnostici più utilizzati per rilevare un cancro. Verranno affrontati tutti i dettagli delle tecniche di adroterapia e radioterapia al fine di evidenziarne le principali differenze. Verranno mostrati sia i processi elettromagnetici che quelli nucleari che avvengono tra un raggio e il corpo umano per una completa conoscenza dei processi fisici che riguardano le due terapie. Verranno discusse le principali tecniche di accelerazione (lineare, ciclotrone e sincrotrone) e le principali applicazioni dei loro usi. Una parte del corso sarà dedicata all'effetto del fascio sul corpo nucleare utilizzando concetti di radiobiologia e dosimetria. Accanto al trattamento terapeutico verrà mostrato un ampio panorama delle tecniche diagnostiche più utilizzate e dei loro futuri sviluppi. Verrà inoltre fornita una breve descrizione della produzione di radionuclidi.

Il dettaglio degli argomenti trattati è nel seguente schema:

1) Breve storia di Adroterapia e Radioterapia

2) Radioterapia (gamma ed elettroni, interazione elettrone-radiazione con la materia, produzione RX, radioterapia a intensità modulata (IMRT), radioterapia intraoperatoria (IORT), terapia a fascio di elettroni (EBT)

3) Adroterapia (Protoni, ioni e neutroni, Interazione delle particelle con la materia, Frammentazione nucleare, Picco di Bragg, Produzione del fascio, Acceleratore in adroterapia, Adroterapia in Italia e nel mondo, Boron Neutron Capture Therapy)

4) Radiobiologia e dosimetria

5) Danni da radiazioni

6) Diagnostica (tomografia computerizzata e tomografia assiale computerizzata, tomografia computerizzata ad emissione di positroni e tomografia computerizzata ad emissione di singolo fotone, risonanza magnetica nucleare)

7) Produzione di radionuclidi

Testi/Bibliografia

Tutte le lezioni ei riferimenti sono disponibili sul sito istituzionale

https://virtuale.unibo.it/

Bibliografia generale:

 

1) Bodansky, "Nuclear Energy", Springer Ed.

2) Chen, "An Indispensable Truth", Springer Ed.

3) Autori Vari, "Proton Therapy Physics", Harald Paganetti, CRC Press Taylor & Francis Group

4) Autori Vari, "Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students" IAEA Ed.

Metodi didattici

Lezioni frontali alla lavagna o mediante l'uso di presentazioni.

Le lezioni non saranno registrate.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame e' esclusivamente orale ed è diviso in due parti, le quali possono eventualmente essere affrontate separatamente.

Entrambe le prove concorrono al voto finale con egual importanza.

Per la parte di sviluppi energetici lo studente prepara due brevi presentazioni su una lista di argomenti (la tipologia di argomenti è molto ampia) che è fornita dal docente.

La seconda parte consiste di un'interrogazione orale sugli argomenti affrontati durante il corso.

Si prega di compilare il modulo corrispondente tramite Almaesami.

La mancata frequenza non é considerata negtivamente nella valutazione.

Lo scopo della prova orale è verificare la capacità dello studente di applicare il proprio bagaglio nozionistico e di eseguire i necessari collegamenti logico-deduttivi.

Gradazione del voto finale:

Esposizione limitata e capacità di analisi che emerge solo con l’aiuto del docente, espressione in linguaggio complessivamente corretto → 18-24;

Capacità di studio e di analisi autonome su un numero abbastanza ampio di argomenti, capacità di compiere scelte autonome di analisi critica, padronanza della terminologia specifica → 25-29;

Preparazione sostanzialmente esaustiva sugli argomenti affrontati nel corso, capacità di compiere scelte autonome di analisi critica e di collegamento, piena padronanza della terminologia specifica e capacità di argomentazione e autoriflessione → 30-30L.

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile( https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it ): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Slides, note e materiali di lettura (in lingua inglese e italiana) saranno disponibili sul sito web.

Link ad altre eventuali informazioni

https://virtuale.unibo.it/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Paolo Finelli

Consulta il sito web di Roberto Spighi