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Elementi di fisica nucleare

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A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

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Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
FIS/04 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2020/21
L'insegnamento ha come obiettivo l'introduzione delle principali proprietà della fisica moderna, della struttura e dell'interazione nucleare, delle reazioni nucleari e delle particelle elementari. Le lezioni prevedono approfondimenti di carattere multidisciplinare relativi alla fisica atomica e nucleare, dando particolare enfasi alla descrizione delle evidenze sperimentali ed alle diverse applicazioni ingegneristiche connesse al campo dell'energia, dell'industria, dello spazio, dell'ambiente e della biomedicina.
The aim of the course is to introduce the main physical principles related to modern physics, atomic and nuclear structure, nuclear reactions and particle physics. The course provides insights on multidisciplinary topics giving special emphasis on the description of the experimental concepts and to several technology applications to the field of the energy, industry, aerospace, environment and medicine.
Conoscenza dei principi fondamentali della fisica moderna, della fisica atomica e dell'interazione nucleare. Capacità di comprensione delle principali applicazioni ingegneristiche e tecnologiche connesse con i fenomeni subatomici trattati. Sviluppo di competenze metodologiche ed abilità nel trattare problemi applicativi reali sulla base delle conoscenze acquisite.
The goal is the acquisition of the basic modern physics laws and principles related to atomic and nuclear interaction, nuclear stability, nuclear reactions. Understanding of the fundamental scientific and industrial applications related to the subatomic phenomena. Ability in the problem solving of realistic physical applications on the bases the considered principles and theoretichal models.
Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo).
Basics of physics (mechanics, thermodynamics, electromagnetism).
- Principi di relatività ristretta ed equivalenza di Einstein tra massa ed energia. Elementi di cinematica e dinamica in reazioni nucleari. Principi della meccanica quantistica. Modelli atomici. Esperimenti ed applicazioni scientifiche e tecnologiche. Evidenze sperimentali dell'esistenza del nucleo. Sezione d'urto totale e differenziale. Dimensione, forma e densità del nucleo. Stabilità del nucleo, energia di legame nucleare, formula semiempirica di massa, modello a goccia. Proprietà generali delle reazioni nucleari e delle forze nucleari. Evidenze sperimentali ed applicazioni scientifiche e tecnologiche. (30 ore) - Legge statistica dei decadimenti radioattivi, radioattività ambientale, principali unità di misura della radiazione, esempi ed applicazioni. Decadimenti radioattivi alfa, beta e gamma. Interazione e diffusione di particelle cariche nella materia. Applicazioni scientifiche, energetiche, aerospaziali, biomediche. (16 ore) - Principi fisici della fissione e fusione nucleare, principali reazioni di fusione termonucleare nelle stelle ed in reattori. Elementi di astrofisica nucleare. Introduzione alle particelle elementari. (14 ore)
- Introduction to special relativity. Mass-energy equivalence. Kinematics and dynamics in nuclear reactions. Basics elements in quantum mechanics and atom physics. Experiments and technological applications. Introduction to scattering processes, total and differential cross section. Nuclear shapes and sizes, charge and matter distribution. Nuclear stability, binding energy, semi-empirical mass formula, liquid drop model. General properties of nuclear reactions and the nuclear force. Experiments and technological applications. (30 hours) - The radioactive decay law, production and decay of radioactivity, growth of daughter activities. Natural radioactivity, radioactivity dating, units for measuring radiation. Experiments and applications. Alpha, Beta, Gamma decays. Interaction of radiation with matter. Scientific, industrial and biomedical applications. (16 hours) - Physical principles of nuclear fission and fusion. Thermonuclear reactions in the stars and in reactors. Basics on nuclear astrophysics. Introduction to elementary particles. (14 hours)
Il corso si articola in 46 ore di teoria e 14 ore di esercitazioni. Le lezioni sono strutturate al fine di favorire la comprensione dei vari argomenti introducendo la trattazione teorica e modellistica in stretta connessione con le evidenze sperimentali e con le possibili applicazioni tecnologiche ed industriali. Le esercitazioni in aula riguardano la risoluzione di semplici problemi, con applicazioni di quanto trattato nelle lezioni e modellizzazione di realistici problemi applicativi.
The course consists of 46 hours of theoretical lessons and 14 hours of class exercises. The lessons are structured in order to favor the understanding of the various topics by introducing the theoretical and modeling treatment in close connection with the experimental observations and with the related technological and industrial applications. Problems and exercises related to the lessons subjects will be solved in the tutorial classes with discussion about realistic physical problems.
- Halliday, Resnick, Fondamenti di fisica. Fisica moderna – Casa Editrice Ambrosiana. - W.N. Cottingham, D.A. Greenwood, An Introduction to Nuclear Physics, Cambridge University Press - J. Lilley, Nuclear Physics, Principles and Applications, Wiley - Dispense fornite dal docente sul portale della didattica.
- Halliday, Resnick, Fundamental physics. Modern physics, Wiley - W.N. Cottingham, D.A. Greenwood, An Introduction to Nuclear Physics, Cambridge University Press - J. Lilley, Nuclear Physics, Principles and Applications, Wiley - Learning material provided online by the teacher.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
L'esame è finalizzato a verificare l’acquisizione delle conoscenze degli argomenti elencati nel programma e delle capacità obiettivo dell’insegnamento (descritte nel campo Risultati dell'apprendimento attesi), con la comprensione delle connesse applicazioni tecnologiche e la capacità di elaborare le nozioni teoriche acquisite per la soluzione di problemi applicativi. L'esame consiste in una prova scritta ed un orale facoltativo. La prova scritta, effettuata nell’ambito della piattaforma Exam, sarà articolata in: a) domande a scelta multipla e domande numeriche relative alla soluzione di esercizi simbolici/numerici analoghi a quelli svolti a lezione; b) domande aperte di teoria su tutto il programma (si richiede una risposta sintetica e schematica), al fine di verificare un’adeguata conoscenza dei principi di fisica moderna e dell’interazione nucleare, anche in stretta connessione con le applicazioni tecnologiche ed industriali. Le domande aperte di teoria devono essere svolte su fogli. Le risposte dovranno essere fotografate con la webcam del pc. Al termine della prova, dopo la chiusura della piattaforma Exam, gli studenti dovranno inoltre inviare entro 5 minuti ulteriori foto delle risposte alle domande aperte utilizzando la funzione “Carica elaborato” inserita all’interno della PoliTO App. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 1 ora e 45 minuti. Per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio complessivo pari a 18/30; votazione massima conseguibile con lo scritto è pari a 30/30. Durante lo scritto non si possono consultare libri o appunti del corso; sarà consentito l’uso di calcolatrice per la soluzione dei problemi numerici. Nell’ambito delle lezioni verranno effettuate alcune simulazioni con la piattaforma Exercise con e senza Respondous LockDown Browser. La prova orale è facoltativa, salvo discrezione del docente che convocherà singolarmente gli studenti che necessitano una prova orale integrativa. L’orale, svolto mediante la piattaforma Virtual Classroom, riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni, al fine di accertare la comprensione dei fenomeni nucleari, della radiazione e connesse applicazioni tecnologiche. L’eventuale prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello della prova scritta. Il voto finale consiste nella media della valutazione conseguita nella prova scritta e nell'orale.
Exam: Optional oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The goal of the exam, in line with the quoted expected learning outcomes, 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 most important technological applications connected to the nuclear interaction and the capacity to elaborate the theoretical topics in the solution of several problems. The exam involves a written and an optional oral proof at the request of the student. The written proof, by mean of the Exam platform, is divided into: a) multiple choice and numeric questions about the solution of physical problems; b) open questions about all the subjects of the course, to test ability in problem solving and a wide knowledge of the basic concepts on modern and nuclear physics. The answers of the open questions must be written on white sheets and photographed with the webcam. Moreover, at the end, the students must send the photos of the same answers by means of the PoliTO App. The total allotted time is 1 h and 45 m. The written proof is passed with a total score of at least 18/30; the maximum score is 30/30. During the written examination, students can only use a portable calculator as a supporting material. At the end of the lessons, some simulations of the written test will be scheduled within the Exercise platform. The optional oral proof, within the Virtual Classroom platform, is about all subjects treated in the lectures and is mainly oriented to test the understanding of the nuclear phenomenology, nuclear radiation and connected technological applications. The final mark is the average of written/oral scores.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
L'esame è finalizzato a verificare l’acquisizione delle conoscenze degli argomenti elencati nel programma e delle capacità obiettivo dell’insegnamento (descritte nel campo Risultati dell'apprendimento attesi), con la comprensione delle connesse applicazioni tecnologiche, e la capacità di elaborare le nozioni teoriche acquisite per la soluzione di problemi applicativi. Le regole e le procedure d’esame in modalità mista sono equivalenti per l’esame in remoto ed in presenza. L'esame consiste in una prova scritta ed un orale facoltativo. La prova scritta, effettuata nell’ambito della piattaforma Exam in modalità remoto ed in aula in modalità in presenza, sarà articolata in: a) domande a scelta multipla e domande numeriche relative alla soluzione di esercizi simbolici/numerici analoghi a quelli svolti a lezione; b) domande aperte di teoria su tutto il programma (si richiede una risposta sintetica e schematica), al fine di verificare un’adeguata conoscenza dei principi di fisica moderna e dell’interazione nucleare, anche in stretta connessione con le applicazioni tecnologiche ed industriali. Le domande aperte di teoria devono essere svolte su fogli. Per l’esame in remoto, le risposte dovranno essere fotografate con la webcam del pc. Al termine della prova, dopo la chiusura della piattaforma Exam, gli studenti dovranno inoltre inviare entro 5 minuti ulteriori foto delle risposte alle domande aperte utilizzando la funzione “Carica elaborato” inserita all’interno della PoliTO App. Per l’esame in presenza in aula, tutte le risposte (a scelta multipla, numeriche e aperte) vengono svolte su fogli e consegnati al docente al termine della prova. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 1 ora e 45 minuti. Per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio complessivo pari a 18/30; votazione massima conseguibile con lo scritto è pari a 30/30. Durante lo scritto non si possono consultare libri o appunti del corso; sarà consentito l’uso di calcolatrice per la soluzione dei problemi numerici. Nell’ambito delle lezioni verranno effettuate alcune simulazioni con la piattaforma Exercise o in presenza in aula. La prova orale è facoltativa, salvo discrezione del docente che convocherà singolarmente gli studenti che necessitano una prova orale integrativa. L’orale, svolto in remoto mediante la piattaforma Virtual Classroom o in presenza in aula, riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni, al fine di accertare la comprensione dei fenomeni nucleari, della radiazione e connesse applicazioni tecnologiche. L’eventuale prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello della prova scritta. Il voto finale consiste nella media della valutazione conseguita nella prova scritta e nell'orale.
Exam: Written test; Optional oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The goal of the exam, in line with the quoted expected learning outcomes, 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 most important technological applications connected to the nuclear interaction and the capacity to elaborate the theoretical topics in the solution of several problems. Assessment and grading criteria are the same for online and onsite exam. The exam involves a written and an optional oral proof at the request of the student. The written proof, by mean of the Exam platform on in the classroom, is divided into: a) multiple choice and numeric questions about the solution of physical problems; b) open questions about all the subjects of the course, to test ability in problem solving and a wide knowledge of the basic concepts on modern and nuclear physics. In the online exam, the answers of the open questions must be written on white sheets and photographed with the webcam. Moreover, at the end, the students must send the photos of the same answers by means of the PoliTO App. In the onsite exam, all the answers (multiple choice, numeric and open questions) will be written on sheets and hand over to the teacher. The total allotted time is 1 h and 45 m. The written proof is passed with a total score of at least 18/30; the maximum score is 30/30. During the written examination, students can only use a portable calculator as a supporting material. At the end of the lessons, some simulations of the written test will be scheduled within the Exercise platform or in the classroom. The optional oral proof, within the Virtual Classroom platform or onsite, is about all subjects treated in the lectures and is mainly oriented to test the understanding of the nuclear phenomenology, nuclear radiation and connected technological applications. The final mark is the average of written/oral scores.


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