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Laboratorio di fisica nucleare e subnucleare

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Laboratory on Subnuclear and Nuclear Physics

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Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
MFN1316
Docenti
Prof. Nicola Carlo Amapane (Titolare del corso)
Prof. Roberto Covarelli (Titolare del corso)
Insegnamento integrato
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo didattico
Secondo periodo didattico
Tipologia
A=Di base
Crediti/Valenza
3
SSD dell'attività didattica
FIS/04 - fisica nucleare e subnucleare
Modalità di erogazione
Doppia
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Orale
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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Modalità di insegnamento

Tradizionale con frequenza obbligatoria sia per le lezioni introduttive in aula sia per la parte pratica in laboratorio.

Durante le prove pratiche in laboratorio gli studenti vengono divisi in gruppi da 4 persone e svolgono una delle tre 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 introductive lessons in class and a practical part in the lab. Attendance is mandatory for both parts.

During the practical experiments in the lab the students are divided in groups of 4 students. Each group carries out one of the three lab activities 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 (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 (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".


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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. Misura di efficienza di un rivelatore a scintillazione. Curva
di coincidenza. Stima del flusso di raggi cosmici e della loro distribuzione angolare. Studio del funzionamento di un rivelatore SiPM.



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 by means of scintillation detectors. Efficiency measurement of scintillation detectors. Coincidence curve. Estimate of the flux and angular distribution of cosmic rays. Study of the properties of a SiPM detector.

Testi consigliati e bibliografia

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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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Orario lezioni

Lezioni: dal 11/01/2018 al 16/02/2018

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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 lezioni introduttive al laboratorio inizieranno l'11/1/2018 e continueranno nella settimana successiva.

Le esperienze in laboratorio saranno svolte da gruppi di 4 studenti durante una settimana intera. Sono previsti 4 turni:

  • Turno A: dal 22/01 al 26/01/2018
  • Turno B: dal 29/01 al 2/02/2018
  • Turno C: dal 5/02 al 9/02/2018
  • Turno D: dal 12/02 al 16/02/2018

Richiediamo a tutti gli studenti di inviare le loro preferenze per la composizione dei gruppi e per il turno da effettuare compilando il form online all'indirizzo: https://goo.gl/forms/XjzupJ37HdcnijLf2 ENTRO IL 10/12/2017.

Per motivi organizzativi è inoltre NECESSARIO che tutti gli studenti che intendono seguire il laboratorio si iscrivano al corso utilizzando il bottone qui sotto.

La composizione definitiva dei gruppi verrà comunicata nella prima lezione introduttiva del 11/1/2018. È estremamente importante partecipare a questa lezione.

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

 


 CONSEGNA  RELAZIONI per APPELLO di marzo 2018

Le relazioni andranno consegnate in formato elettronico (esclusivamente file pdf), via e-mail ad entrambi i docenti. Nell'e-mail dovranno essere inclusi in cc: tutti i membri del gruppo.

I termini per la consegna saranno comunicati nella prima lezione introduttiva.

 

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 4 students during a full week. Four shifts will take place:

  • Turno A: from 22/01 to 26/01/2018
  • Turno B: from 29/01 to 2/02/2018
  • Turno C: from 5/02 to 9/02/2018
  • Turno D: from 12/02 to 16/02/2018

We also ask all student to send us their preferences on the group composition and on the shift by filling the online form at: https://goo.gl/forms/XjzupJ37HdcnijLf2

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 on Jan 11, 2018.  It is extremely important to follow this lesson.

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


 

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Ultimo aggiornamento: 16/02/2018 23:56
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