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.

- 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.

- Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, elementi di struttura della materia) - Meccanica quantistica e statistica. - Matematica di base.

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.)

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.

- 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.

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.

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.