Jorge Eduardo Fernandez

Modellizzazione del trasporto (con metodi deterministici e Monte Carlo) di fotoni polarizzati e non polarizzati, e di particelle cariche e neutre Problemi di trasporto accoppiato fra fotoni e particelle cariche. Problemi di scattering multiplo. Caratterizzazione dell'influenza del rivelatore. Problema inverso. Applicazioni alla spettroscopia a raggi-X e gamma (EDXRS, XANES, microsonda di elettroni, tomografia computerizzata), fisica medica, fisica ambientale, diagnostica industriale, e dei beni culturali (indagini non-distruttive).

Lo studio dello scattering multiplo è importante in spettrometria a raggi x e gamma. Il contributo di solo pochi ordini di scattering, calcolati deterministicamente con la teoria del trasporto, consente di costruire uno spettro teorico molto simile a quello sperimentale (per bersagli omogenei di spessore ottico infinito), e quindi ne favorisce l'interpretazione. E' stato sviluppato un codice di calcolo per l'analisi degli spettri sperimentali (codice SHAPE) che utilizza una soluzione deterministica ricavata dal nostro gruppo. Il modello di trasporto é stato arricchito da una formulazione analitica che può descrivere lo stato di polarizzazione dei fotoni ad ogni punto dello spazio delle fasi durante la diffusione. Questa variante ha consentito di intraprendere lo studio degli effetti di uno stato arbitrario di polarizzazione nella sorgente di radiazione, e l'evoluzione di questo stato al succedersi delle collisioni nel mezzo. Alcuni risultati recenti hanno consentito una descrizione molto dettagliata degli spettri prodotti con eccitazione linearmente polarizzata come dal sincrotrone, così come lo studio dello scattering magnetico Compton indotto da una sorgente circolarmente polarizzata. E' stato sviluppato un codice Monte Carlo 3D ispirato al modello vettoriale di trasporto che ha reso i suoi primi risultati recentemente. L'attività di ricerca proposta si pone ora gli obiettivi di (i) completare il codice MCSHAPE3D con la descrizione analitica degli effetti di polarizzazione raggiunta fino ad oggi, facendo riferimento in particolare alle geometrie 3D più complesse, (ii) rendere disponibile il codice sorgente alla comunità scientifica internazionale mediante la sua diffusione tramite NEA Data Bank e RSIC (DOE-USA); (iii) applicare il codice per migliorare la trattazione delle immagini x e gamma prodotte con sorgenti polarizzate (sincrotrone) e non (tubi a raggi x, radiotraccianti), in particolare, per migliorare le immagini tomografiche in medicina nucleare; (iv) applicare il codice a problemi dosimetrici; (v) proseguire con lo studio dell'interferenza nel trasporto (effetto tipicamente ondulatorio aggiunto dalla descrizione della polarizzazione), anche in relazione alla coerenza; (vi) proporre nuovi modelli di interazione in grado di descrivere gli effetti della struttura (non solo atomi isolati) e l'effetto della distribuzione energetica di Lorentz sul trasporto di fotoni caratteristici per spiegare l'asimmetria delle linee caratteristiche ; e (vii) proseguire con lo studio del trasporto accoppiato fra fotoni e particelle cariche per completare la formulazione delle correzioni per Inner Shell Impact Ionization e per bremsstrahlung (da adoperare nei codici di trasporto fotonico). Si ritiene che il raggiungimento di questi obiettivi possa essere di grande interesse nel campo complessivo delle applicazioni spettroscopiche delle sorgenti polarizzate e non, e soprattutto per l'analisi di materiali con luce di sincrotrone, l'interpretazione di immagini in medicina nucleare, e la corretta dosimetria di sorgenti fotoniche x e gamma. Metodologia: Sviluppo di nuovi modelli matematici e raffinamento di quelli esistenti per raggiungere una descrizione degli effetti della coerenza e della polarizzazione utilizzando la stessa equazione del trasporto. Sviluppo di codici di calcolo deterministici e Monte Carlo per valutare l'intensità fotonica in diverse geometrie e condizioni di irraggiamento. Realizzazione di esperimenti nei propri laboratori ed in collaborazione con altri gruppi in Italia e all'estero, per convalidare i modelli sviluppati.