Questo insegnamento, collocato al primo semestre del terzo anno, intende fornire agli studenti di Ingegneria Fisica le basi teoriche della fisica moderna nei due ambiti dei nuclei atomici e delle 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 tre 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. Infine, vengono impartite nozioni elementari di fissione e fusione nucleare.
Le conoscenze conseguite ampliano la sfera delle competenze proprie dell'Ingegnere Fisico rendendolo in grado di interfacciarsi con le industrie di dispositivi e sistemi nucleari e con il mondo delle applicazioni nucleari sanitarie e medicali.
Le abilità raggiunte riguardano la progettazione e l'utilizzo di apparati e dispositivi basati sulle forze ed energie nucleari e subnucleari.

Le conoscenze trasmesse allo studente riguardano:

- la teoria del nucleo atomico.
- il comportamento delle particelle elementari.
- la fissione e fusione del nucleo
- gli apparati e sistemi per applicazioni medicali basati sulle trasformazioni nucleari

Le abilità trasmesse consistono:

- l'applicazione della teoria nucleare alla farmacologia ed alla medicina
- la progettazione, sviluppo ed utilizzo di dispositivi biomedicali basati sulle tecnologie nucleari.

Le conoscenze ritenute già acquisite riguardano tutta la Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, elementi di struttura della materia), la Meccanica quantistica ondulatoria ed il formalismo di Dirac, la Meccanica statistica e le statistiche quantistiche per fermioni e bosoni, gli elementi dell'elettronica e dell'elettrotecnica..

Le abilità che gli studenti devono già possedere riguardano l'applicazione dei principi della meccanica quantistica e statistica a sistemi semplici; l'approccio ai problemi attraverso l'applicazione dell'analisi matematica avanzata e dei metodi matematici per l'Ingegneria

Caratteristiche fondamentali dei nuclei, energie di legame, proprietà della forza nucleare e delle reazioni nucleari, modelli nucleari. Fenomenologia delle particelle elementari, interazioni fondamentali e leggi di conservazione. (2.7 cr.)

Decadimenti radioattivi alfa, beta, gamma e connesse applicazioni scientifiche e tecnologiche.
Interazione della radiazione con la materia. Rivelatori di particelle e di radiazione ionizzante. Effetti biologici della radiazione. Immagini con radiazione ionizzante e con risonanza magnetica. Radioterapia ed adroterapia. (2.5 cr.)

Principi fisici della fissione e fusione nucleare. Reazioni termonucleari nelle stelle. (0.8 cr)

Le esercitazioni in aula riguardano la risoluzione di semplici problemi, con applicazioni di quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti.

- Introductory Nuclear Physics, K. S. Krane, Wiley, 1988 (testo di riferimento per le proprietà generali)
- Nuclear Physics, Principles and Applications, J. Lilley, Wiley, 2001 (testo di riferimento per le applicazioni tecnologiche e biomediche)
- Nuclear Physics and Particle Physics, B. R. Martin, Wiley (2009) (consigliato per approfondimenti)
- Nuclear Mecine Physics, The Basics, R. Chandra, Kluwer-Lippincott , 2012 (consigliato per approfondimenti)
- Introduction to Nuclear Science (second edition), J.C. Bryan, CRC Press, 2013 (consigliato per approfondimenti)
- Materiale messo a disposizione dal Docente

I

L'esame finale comprende uno scritto e un orale. Lo scritto comprende a) semplici problemi simbolici o numerici relativi agli argomenti principali della fisica nucleare e delle sue applicazioni (caratteristiche fondamentali dei nuclei e delle particelle elementari, applicazioni biomediche), ogni problema è articolato su 2-3 punti; b) quesiti su tutto il programma svolto a lezione.
Il voto massimo conseguibile nella parte di problemi è di 20 trentesimi, quello conseguibile nella parte di quesiti è di 10 trentesimi. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 1.5 ore, e per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio complessivo pari a 18 trentesimi. L'orale ha una durata di circa 20', e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni. Il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto e orale. E' possibile acquisire punti aggiuntivi con relazioni di approfondimento su argomenti specifici.