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PORTALE DELLA DIDATTICA

Fisica nucleare con applicazioni biomediche

01MODOD

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Fisica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 60
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Lavagno Andrea Professore Associato FIS/04 60 0 0 0 8
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
FIS/04 6 C - Affini o integrative Attività formative affini o integrative
2018/19
Questo insegnamento, collocato al primo semestre del terzo anno, intende fornire agli studenti di Ingegneria Fisica le basi teoriche della fisica moderna relativa ai nuclei atomici e alle particelle elementari, con riferimento sia all'ambiente terrestre sia a fenomeni a scala astronomica, e delle tecnologie nucleari applicate al settore biomedicale. Il corso è suddiviso in due parti: nella prima sono trattati gli aspetti fondamentali della fisica dei nuclei e delle particelle elementari. Nella seconda parte lo studente apprende nozioni basilari della fisica nucleare applicata alla medicina.
Aim of the course (1st semester, 3rd year) is to provide Physical Engineering students with the theoretical basis of modern physics in the two areas of atomic nuclei and elementary particles regarding both terrestrial environment and phenomena occurring at an astronomic scale, and of nuclear technology applied to biomedical issues. The course is divided in two sections: in the first one, the basics of nuclear and elementary-particle physics are developed; in the second one the students are taught basic elements of nuclear physics applied to medicine. The knowledge transmitted by this course enhance the general know-how of a Physical Engineer, allowing him/her to connect with producers of nuclear devices and systems and with the area of biomedical applications of nuclear technology.
- Conoscenza della teoria del nucleo atomico e delle interazione nucleare. - Conoscenza delle principali proprietà delle particelle elementari e delle relative leggi di conservazione. - Capacità di applicare la teoria nucleare alla medicina. - Capacità di comprendere il funzionamento di dispositivi biomedicali basati su tecnologie nucleari.
The knowledge transmitted by the course to students involves: - the theory of atomic nucleus and nuclear interaction, - the basic principles of elementary particles and conservation laws, - devices and setups based on nuclear transformations for applications to biomedicine, The transmitted abilities include: - applying nuclear theory to pharmacology and medicine. - design, development and use of biomedical devices based on nuclear technologies
- Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, elementi di struttura della materia) - Meccanica quantistica e statistica. - Matematica di base.
The students must know all the subjects of basic physics (mechanics, thermodynamics, electromagnetism, wave optics, elements of structure of matter), quantum mechanics; statistical mechanics and quantum statistical distributions. The abilities a student must have include applying quantum mechanical principles to simple systems; elementary and advanced calculus, mathematical methods for engineering.
Principi di relatività ristretta ed equivalenza di Einstein tra massa ed energia. Elementi di cinematica e dinamica in reazioni nucleari. Caratteristiche fondamentali dei nuclei, energie di legame, proprietà dell’interazione nucleare, modelli nucleari. (2 cr.) Decadimenti radioattivi alfa, beta, gamma e connesse applicazioni tecnologiche. Principi fisici della fissione e fusione nucleare. Reazioni termonucleari nelle stelle. Fenomenologia delle particelle elementari, interazioni fondamentali e leggi di conservazione. (2 cr.) Interazione della radiazione con la materia. Rivelatori di particelle e di radiazione ionizzante. Effetti biologici della radiazione. Immagini con radiazione ionizzante. Risonanza magnetica nucleare. Radioterapia ed adroterapia (2cr.)
Introduction to special relativity. Mass-energy equivalence. Kinematics and dynamics in nuclear reactions. Fundamental aspects of nuclei: binding energies, properties of the nuclear force, nuclear models, nuclear reactions (2 cr.) Radioactive decays: alpha, beta, gamma; and related applications. Physical principles of nuclear fission and fusion. Thermonuclear reactions in the stars. Elementary-particle phenomenology, fundamental interactions and symmetries (2 cr.) Interaction of radiation with matter. Detectors of particles and nuclear radiation. Biological effects of radiation. Ionizing radiation imaging. Nuclear magnetic resonance. Radiotherapy and adrotherapy (2cr.)
Il corso di articola in lezioni di teoria ed approfondimenti su connesse applicazioni tecnologiche. Le esercitazioni in aula riguardano la risoluzione di semplici problemi simbolici/numerici, con applicazioni di quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti.
The course consists in theoretical lessons and connected technological applications. Class exercises include simple problem solving activities, strictly connected to theoretical lectures.
- Introductory Nuclear Physics, K. S. Krane, Wiley (1988) - Nuclear Physics and Particle Physics ' B. R. Martin, Wiley (2009). - Nuclear Physics ' Principles and Applications, J. Lilley, Wiley (2001). - Dispense fornite dal docente sul portale della didattica.
- Introductory Nuclear Physics, K. S. Krane, Wiley (1988) - Nuclear Physics and Particle Physics ' B. R. Martin, Wiley (2009). - Nuclear Physics ' Principles and Applications, J. Lilley, Wiley (2001). - Learning material provided online by the teacher.
Modalità di esame: prova scritta; prova orale facoltativa;
L’esame è finalizzato ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma con la comprensione delle principali applicazioni tecnologiche nucleari e la capacità di elaborare le nozioni teoriche acquisite per la soluzione di problemi. L'esame finale comprende uno scritto ed un orale facoltativo. Lo scritto consiste in problemi simbolici/numerici e domande di teoria a risposta aperta su tutto il programma, al fine di accertare la capacità di risoluzione di quesiti e calcoli, di verificare un’adeguata conoscenza dei fondamenti della fisica nucleare e delle connesse applicazioni scientifiche e tecnologiche in campo biomedico ed industriale. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 2h e per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio complessivo pari a 18/30; il punteggio massimo conseguibile con lo scritto è pari a 30/30. Durante lo scritto non si possono portare in aula libri di alcun tipo o appunti del corso. Può essere consentito l’uso di una calcolatrice non programmabile. L'orale riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni, al fine di accertare la comprensione dei modelli fenomenologici nucleari e le principali connesse applicazioni tecnologiche. Il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto e orale.
Exam: written test; optional oral exam;
The goal of the exam is to test the knowledge of the candidate about the topics included in the program and to verify the skill in the understanding of the principal nuclear technological applications and in solving problems. The exam involves a written and an optional oral proof. The written proof includes simple problems (either symbolic or numeric) and open questions about all the subjects of the course, to test a wide knowledge of the basic concepts on nuclear physics and connected technological applications and problem solving. The total allotted time is 2 hrs. The written proof is passed with a total score of at least 18/30; the maximum score is 30/30. During the written exam, students can only use a portable calculator as a supporting material. The oral proof is about all subjects treated in lecture and is mainly oriented to check the understanding of the phenomenological models in nuclear physics and the principal biomedical applications. The final mark is a weighted average of written/oral scores.


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