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Fisica nucleare con applicazioni biomediche
01MODOD
A.A. 2020/21
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 Ordinario | PHYS-02/A | 60 | 0 | 0 | 0 | 13 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | FIS/04 | 6 | C - Affini o integrative | Attività formative affini o integrative |
|---|
2020/21
Questo insegnamento 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 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 fisica nucleare alla medicina.
- Capacità di comprendere il funzionamento di dispositivi biomedicali basati su tecnologie nucleari.
- Sviluppo di competenze metodologiche ed abilità nel trattare problemi applicativi reali sulla base delle conoscenze acquisite.
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 the biology and the medicine.
- design, development and use of biomedical devices based on nuclear technologies
- ability in the problem solving of realistic physical applications on the bases the considered principles and theoretichal models.
- 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.
Evidenze sperimentali e caratteristiche fondamentali dei nuclei. Sezione d'urto totale e differenziale. Energie di legame, formula semiempirica di massa, proprietà dell’interazione nucleare. Modello a partoni, struttura a quark del nucleone. Fenomenologia delle particelle elementari e leggi di conservazione (2.5 cr.)
Decadimenti radioattivi alfa, beta, gamma e connesse applicazioni tecnologiche. Principi fisici della fissione e fusione nucleare. Reazioni termonucleari nelle stelle ed in reattori terrestri. Elementi di astrofisica nucleare (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 (1.5 cr.)
Fundamental aspects of nuclei: cross section, binding energies, properties of the nuclear force, nuclear models, nuclear reactions. Structure functions and parton model, the quark structure of nucleons. Elementary-particle phenomenology, fundamental interactions and symmetries (2.5 cr.)
Radioactive decays: alpha, beta, gamma; and related applications. Physical principles of nuclear fission and fusion. Thermonuclear reactions in the stars and in reactors. Basics on nuclear astrophysics (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 particle therapy (1.5 cr.)
Il corso di articola in lezioni di teoria ed approfondimenti. 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 in theoretical lessons and connected technological applications.
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.
- K. S. Krane, Introductory Nuclear Physics, K. S. Krane, Wiley (1988)
- B. R. Martin, Nuclear Physics and Particle Physics, Wiley (2009)
- J. Lilley, Nuclear Physics ' Principles and Applications, Wiley (2001)
- A. J. Larkoski, Elementary particle physics, Cambride University Press (2019)
- Dispense fornite dal docente sul portale della didattica.
- K. S. Krane, Introductory Nuclear Physics, K. S. Krane, Wiley (1988)
- B. R. Martin, Nuclear Physics and Particle Physics, Wiley (2009)
- J. Lilley, Nuclear Physics ' Principles and Applications, Wiley (2001)
- A. J. Larkoski, Elementary particle physics, Cambride University Press (2019)
- Learning material provided online by the teacher.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
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 della fisica nucleare e delle particelle elementari, anche in stretta connessione con le applicazioni tecnologiche, mediche 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 using the PoliTo platform;
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 nuclear and particle 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 tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
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 della fisica nucleare e delle particelle elementari, anche in stretta connessione con le applicazioni tecnologiche, mediche 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 using the PoliTo platform;
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 nuclear and particle 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.