La fisica nucleare e le interazioni tra particelle elementari sono oggigiorno i fondamenti di sempre maggiori applicazioni tecnologiche, mediche ed industriali. I principi fisici che ne stanno alla base rappresentano pertanto un importante bagaglio culturale per studenti di Ingegneria Fisica. Questo insegnamento intende fornire le basi teoriche della fisica moderna relativa ai nuclei e alle particelle elementari, con riferimento sia all'ambiente terrestre sia a fenomeni astrofisici, e delle tecnologie nucleari applicate al settore biomedicale. L'insegnamento 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 radioattività ed al settore biomedicale. Infine la terza parte verte sui principi fisici e le applicazioni relative alla fissione, alla fusione nucleare ed alle principali reazioni termonucleari all'interno delle stelle.

Al termine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di: - Conoscere e comprendere i principi fisici legati all'interazione nucleare ed alle particelle elementari. - Conoscere ed applicare le principali leggi di conservazione alle reazioni nucleari. - Conoscere e comprendere nel dettaglio i principali modelli teorici nucleari. - Conoscere e comprendere nel dettaglio la natura dei decadimenti radioattivi e le principali fonti di radioattività ambientale. - Conoscere le principali caratteristiche della propagazione della radiazione all'interno della materia al fine di comprendere diverse applicazioni tecnologiche con particolare attenzione al campo della medicina e delle biotecnologie. - Conoscere e comprendere le principali applicazioni relative alla fissione e fusione nucleare. - Conoscere e comprendere i principi fisici relativi alla nucleosintesi stellare. - Applicare le conoscenze di natura teorica acquisite per risolvere esercizi pratici relativi alle diverse tipologie di reazioni nucleari - Applicare le conoscenze acquisite per comprensione delle principali applicazioni ingegneristiche e tecnologiche connesse con i fenomeni subatomici trattati. - Capacità di combinare elementi teorici e sviluppo di competenze metodologiche per trarne conclusioni utili in diverse problematiche reali, principalmente connesse con la radiazione e la medicina nucleare.

Per la corretta fruizione dell’insegnamento è richiesta un'approfondita conoscenza di: - Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, elementi di struttura della materia) - Meccanica quantistica e meccanica statistica. - Matematica di base.

L'insegnamento è organizzato in 3 moduli: - I modulo (25 ore) Evidenze sperimentali e caratteristiche fondamentali dei nuclei. Sezione d'urto totale e differenziale. Energie di legame, formula semiempirica di massa, proprietà e principali modelli relativi alla descrizione dell’interazione nucleare, studio del deutone e rilevanza dello spin isotopico. Modello a partoni, struttura a quark del nucleone. Fenomenologia delle particelle elementari e leggi di conservazione. - II modulo (25 ore) Decadimenti radioattivi alfa, beta, gamma e connesse applicazioni tecnologiche. Decadimenti deboli e violazione della parità. 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. - III modulo (10 ore) Principi fisici della fissione e fusione nucleare. Reazioni termonucleari nelle stelle ed in reattori terrestri. Nucleosintesi stellare ed elementi di astrofisica nucleare.

L'insegnamento si articola in lezioni di teoria ed approfondimenti relativi ai principi fisici ed alle applicazioni. 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. All'interno delle lezioni verranno svolte alcune esercitazioni focalizzate a stimolare l'abilità di applicare le conoscenze acquisite nella risoluzione di semplici problemi, nella modellizzazione e nell'analisi critica 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) (consigliato per approfondimenti) - Dispense fornite dal docente sul portale della didattica.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L'esame è finalizzato a verificare le competenze di cui sopra (cfr Risultati dell'apprendimento attesi), accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma, con la comprensione delle connesse applicazioni tecnologiche, e la capacità di elaborare le nozioni teoriche acquisite per la soluzione di problemi. L'esame 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 principi dell’interazione nucleare, anche in stretta connessione con le applicazioni tecnologiche, industriali e mediche. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 1 ora e 45 minuti 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 per la soluzione di problemi numerici. Sul portale della didattica verranno caricati dal docente diversi esempi di prove d'esame, alcune con tracce di soluzioni. Nell’ambito delle lezioni, verranno svolte due simulazioni di prova scritta con commenti e correzione dei quesiti. La prova orale è facoltativa, salvo discrezione del docente che convocherà singolarmente gli studenti che necessitano una prova orale integrativa. L'orale 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 aritmetica della valutazione conseguita nella prova scritta e nell'orale.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.

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 nella soluzione di 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 principi dell’interazione nucleare, anche in stretta connessione con le applicazioni tecnologiche, industriali e mediche. Le domande aperte di teoria e, ove espressamente richiesto lo svolgimento degli esercizi, 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. Sul portale della didattica verranno caricati dal docente diversi esempi di prove d'esame, alcune con tracce di soluzioni. Nell’ambito delle lezioni, verranno svolte due simulazioni di prova scritta con commenti e correzione dei quesiti. 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 aritmetica 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 nella soluzione di 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 dell’interazione nucleare, anche in stretta connessione con le applicazioni tecnologiche, industriali e mediche. Le domande aperte di teoria e, ove espressamente richiesto lo svolgimento degli esercizi, 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. Sul portale della didattica verranno caricati dal docente diversi esempi di prove d'esame, alcune con tracce di soluzioni. 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 aritmetica della valutazione conseguita nella prova scritta e nell'orale.