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Oggetto:
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Laboratorio di fisica nucleare e subnucleare

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Laboratory of Nuclear and Subnuclear Physics

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
MFN1316
Docenti
Prof. Nicola Carlo Amapane (Titolare del corso)
Prof. Roberto Covarelli (Titolare del corso)
Corso di studio
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
3
SSD attività didattica
FIS/04 - fisica nucleare e subnucleare
Erogazione
Mista
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Orale
Tipologia unità didattica
modulo
Insegnamento integrato
Introduzione alla fisica nucleare e subnucleare con laboratorio (corso A) (MFN1316)
Introduzione alla fisica nucleare e subnucleare con laboratorio (corso B) (MFN1316)
Prerequisiti
È richiesto che lo studente abbia seguito i corsi di Laboratorio degli anni precedenti, e che segua la parte teorica del corso Introduzione alla Fisica Nucleare e Subnucleare.
Students must have attended the Laboratory courses of the previous years, and have to attend the theoretical part of the course Introduction to Nuclear and Subnuclear Physics
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Lo scopo principale del corso è mettere gli studenti in grado di padroneggiare la metodologia di base e le tecniche sperimentali necessarie per condurre un esperimento su tematiche di fisica nucleare e acquisire un atteggiamento critico nell'analisi dei dati.

Dispense a cura di M. Costa 

B. Povh et al., Particelle e Nuclei, Bollati e Boringhieri(2000)

D. H. Perkins, Introduction to High Energy Physics, IV edizione, University Press Cambridge (2000)

The main purpose of the course is to enable students to master the basic methodology and the experimental techniques necessary to carry out an experiment on Nuclear Physics topics and to achieve a critical attitude toward data analysis.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Gli studenti apprendono l'uso di strumentazione ad avanzata tecnologia e sono in grado di fare le tarature e la messa a punto necessarie a eseguire misure complesse che richiedono un'elaborazione e un'analisi statistica dei dati raccolti.

Students learn how to use advanced technology instrumentation, to perform the calibrations, and to  set up complex measurements which require processing and statistical analysis of the collected data.

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Programma



Richiami su interazione radiazione-materia. Interazione particelle cariche-materia. Rivelazione di radiazione e particelle. Richiami di analisi dati.

Esperienze su:
- Spettroscopia gamma: studio delle caratteristiche del decadimento gamma di alcuni isotopi radioattivi con rivelatore a NaI(Tl). Calibrazione dell'analizzatore multicanale. Studio delle caratteristiche degli spettri di energia di diverse sorgenti gamma. Osservazione dell'effetto Compton. Identificazione di elementi radioattivi nel fondo ambientale ed in campioni di rocce. Misura del coefficiente di assorbimento di massa nel Pb. Misura dell'attività di una sorgente. Osservazione del picco somma in una sorgente di 60Co.

- Spettroscopia alfa: misura dell'energia di particelle alfa utilizzando un rivelatore al silicio. Studio della perdita di energia delle particelle alfa nell'attraversamento di spessori sottili di materiale. Misura del range in aria delle particelle alfa. Osservazione dei picchi secondari di 241Am e stima delle frazioni di decadimento. Studio della catena di decadimento del 232Th.

- Raggi Cosmici: Rivelazione di raggi cosmici tramite rivelatori a scintillazione. Accoppiamento a tubi fotomoltiplicatori e SiPM. Misura di efficienza di un rivelatore a scintillazione. Curva di coincidenza. Stima del flusso di raggi cosmici e della loro distribuzione angolare.

- Rivelazione di radiazione beta con SiPM: Rivelazione di elettroni tramite rivelatori a scintillazione. Accoppiamento a SiPM. Studio del guadagno del SiPM in funzione dei parametri di funzionamento. Spettro dei fotoelettroni. Misure di assorbimento in materiali comuni (carta, alluminio). Plot di Kurie.



Review on the interaction of radiation with matter. Interaction of  charged particles with matter. Review on data analysis.

Experiments on:
- Gamma spectroscopy: study of gamma decays of radioactive isotopes by means of a NaI(Tl) detector. Calibration of a multi-channel analyzer. Features and analysis of energy spectra of gamma sources. Observation of Compton effect. Identification of radioactive elements in the natural backrgound and is some rock samples. Measurement of the total absorption coefficient on Pb. Measurement of gamma source activity. Observation of sum effects with a 60Co source.

- Alpha spectroscopy: Energy measurement of alpha particles by means of a silicon detector. Energy loss of alpha particles through thin films. Mesurement of the range of alfa particles in air. Observation of secondary peaks in 241Am and estimate of their branching ratios. Analysis of the decay chain of 232Th.


- Cosmic Rays: Detection of cosmic rays through scintillation detectors. Coupling to photomultiplier tubes and SiPMs. Efficiency measurement of a scintillation detector. Coincidence curve. Estimation of the flux of cosmic rays and their angular distribution.

- Detection of beta radiation with SiPMs: Detection of electrons by scintillation detectors. Coupling to SiPM. Study of the SiPM gain as a function of the operating parameters. Spectrum of photoelectrons. Absorption measures in common materials (paper, aluminum). Kurie's plot.


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Modalità di insegnamento

Lezioni introduttive erogate in presenza in aula Magna, con streaming sulla piattaforma Webex.
Lo streaming avverra nelle stesse stanze Webex delle lezioni teoriche del corso.

La parte pratica in laboratorio sarà svolta in presenza. La frequenza è obbligatoria per entrambe le parti.

Si raccomanda in particolare di seguire la prima lezione introduttiva in cui verranno fornite tutte le informazioni pratiche sull'organizzazione dei laboratori. Tale lezione è unica per tutti gli studenti (corso A e B).

Durante le prove pratiche in laboratorio gli studenti vengono divisi in gruppi da 3 persone e svolgono una delle esperienze descritte qui sopra. I docenti e i tutor illustrano e discutono le varie fasi delle esperienze. I docenti in seguito discutono con gli studenti l'elaborazione e l'analisi dati che viene fatta sulle esperienze svolte. In questo modo si verifica che tutti gli studenti comprendano appieno lo scopo delle esperienze e le tecniche di misura e di analisi utilizzate.

The course consists in a series of introductory lessons and a practical part in the lab. Attendance is mandatory for both parts.

We recommend in particular to attend the first introductory lesson where  all necessary information about the course and the practical organization of the labs will be given.

During the practical experiments in the lab the students are divided in groups of 3 students. Each group carries out one of the experiments described above. Professors and tutors describe and discuss the various stages of the experiment. Then the professors discuss together with the students the data processing and analysis, in order to verify a full understanding of the goal of the experiments and of the techniques used for taking mesurements and performing data analysis.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame consiste in:

  • una relazione scritta di alcune pagine sull'esperienza svolta in laboratorio (da presentare insieme agli altri compagni di gruppo)
  • una prova orale, eventualmente in modalità telematica (durata media 30 min) in cui si discutono la fisica, i principi di funzionamento della strumentazione utilizzata, le tecniche ed i risultati dell'esperienza svolta in laboratorio. Sono ammessi alla prova orale soltanto gli studenti che hanno consegnato una relazione che abbia una valutazione sufficiente.

L'esito dell'esame è concordato insieme con il docente del modulo teorico. È possibile sostenere l'esame orale per la parte teorica e per quella di laboratorio anche in sessioni diverse.

Validità della frequenza e della prova di esame per il laboratorio: 2 anni dallo svolgimento del laboratorio. Trascorsi 2 anni senza aver superato l'esame completo è necessario seguire di nuovo le lezioni e le esercitazioni di laboratorio.

Informazioni piu' dettagliate sull'esame e sulla stesura delle relazioni si trovano sotto il Materiale Didattico nel file di Informazioni sul Corso.

The exam consists of:

  • a written report (a few page pages) about the experiment performed in the laboratory (one per group of students)
  • an oral examination, possibly through Internet (average duration 30 minutes), during which students and professors discuss the physics of the experience, the working principles of the instrumentation, the techniqies and the results of data analysis. Only students whose report has was judged sufficient are allowed to attend the oral examination.

Students are must pass the full exam (theory+lab) within 2 years from the attendance of the lab. Past this time, the student has to attend again the laboratory, including the introductory lessons.

More information about the exam and on how to write the report are available in the section "Materiale Didattico" (link below) inside the file "Informazioni sul corso".


Testi consigliati e bibliografia



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Altro
Titolo:  
Schede sullo svolgimento delle esperienze
Descrizione:  
Schede disponibili nella sezione "Materiale Didattico"
Obbligatorio:  
Si
Oggetto:

Dispense dei docenti  con la fisica e la spiegazione delle esperienze, manuali della strumentazione utilizzata.

Le schede delle esperienze sono disponibili  nella sezione "Materiale didattico" qui sotto.

Professor notes presenting the physical basics and explanation of the experiments; handbooks of the instrumentation which is used.

The experiments worksheets are available in the section "Materiale didattico" shown below.



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Note

Questo modulo fa parte del  corso "Introduzione alla fisica nucleare e subnucleare con laboratorio" (si veda il link "Corso integrato" qui sopra).

Le esperienze in laboratorio saranno svolte da gruppi di 3 studenti. Sono previsti 4 turni settimanali di 4 giornate in presenza..

Per indicarci la vostra preferenza per il turno e la formazione del gruppo, invieremo con congruo anticipo un form da compilare. Per questo motivo è NECESSARIO che tutti gli studenti che intendono seguire il laboratorio si iscrivano al corso utilizzando il bottone qui sotto.

La composizione definitiva dei gruppi e l'assegnazione ai turni verrà comunicata nella prima lezione introduttiva. È estremamente importante partecipare a questa lezione.

Si ricorda che  la frequenza alle lezioni introduttive sulle esperienze e ai turni di laboratorio è OBBLIGATORIA.


This module is part of the course "Introduction to nuclear and subnuclear physics with Laboratory" (see the link "Corso integrato" above).

Lab experiments will be done by groups composed of 3 students during four days. Five shifts will take place.

For organizational reasons all students who whish to follow the laboratory MUST register to the course using the button "Registrati al corso" below.

The composition of groups will be communicated during the first introductory lesson. It is extremely important to follow this lesson.

The attendance to the introductory lectures and to the laboratory sessions is MANDATORY.


 

Registrazione
  • Aperta
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 12/06/2022 12:11