ID:
A000240
Durata (ore):
48
CFU:
6
Url:
PHYSICS/Fisica Applicata Anno: 2
Anno:
2023
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (25/09/2023 - 12/01/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Fornire le conoscenze sui principali meccanismi di accelerazione di particelle e sui principali tipi di acceleratori industriali e di ricerca. Fornire le conoscenze sulle principali applicazioni quali:
studio di reazioni indotte da particelle accelerate nell’ambito della ricerca scientifica;
utilizzo di particelle accelerate in ambito industriale per lo studio della radiochimica dei polimeri, per le procedure di sterilizzazione e per la creazione di materiali innovativi.
studio di reazioni indotte da particelle accelerate nell’ambito della ricerca scientifica;
utilizzo di particelle accelerate in ambito industriale per lo studio della radiochimica dei polimeri, per le procedure di sterilizzazione e per la creazione di materiali innovativi.
Prerequisiti
Conoscenze su fisica delle particelle e interazione radiazione - materia. Conoscenze sulle interazioni fondamentali. Conoscenze su campi elettromagnetici ed elettrodinamica.
Metodi didattici
Lezioni frontali, esercitazioni
Verifica Apprendimento
Esame Orale
Testi
H.Wiedeman, "Particle Accelerator Physics", Springer
CERN-ACC-2020-0008, EuCARD2, "Applications of Particle Accelerator in Europe"
CERN-ACC-2020-0008, EuCARD2, "Applications of Particle Accelerator in Europe"
Contenuti
Studio dei principali tipi di acceleratori di particelle utilizzati in ambito scientifico e industriali e loro principali applicazioni.
Tipologie di acceleratori di particelle. Sorgenti di particelle. Componenti principali degli acceleratori.
Definizioni e unità di misura
Principi di dinamica del fascio. Risoluzione energetica. Rigidità magnetica e dielettrica.
Acceleratori lineari. Particelle cariche in un campo elettrico. Accleratori elettrostatici. Generatori a
cascata. Acceleratore di Cockroft e Walton. Acceleratore Van de Graaf. Componenti del campo elettrico. Accelerazione da campi RF. Condizione di sincronismo. Acceleratori Circolari. Il betatrone. Accelerazione mediante campi RF. Il Microtrone. Il Microtrone racetrack. Il Ciclotrone. Il Sincrotrone. Anelli di accumulazione. Parametri caratteristici. Dinamica delle particelle in campi elettromagnetici.
Ottica dei fasci di particelle cariche. Guida del fascio di particelle.
Focalizzazione e trasporto di fasci di particelle. Campi elettromagnetici. Lenti magnetiche, dipoli, quadrupoli e sestupoli. Principali magneti utilizzati
per la dinamica dei fasci: magneti deflettori, magneti focalizzatori, magneti di sincrotrone. Criteri di
progetto dei magneti. Sistem i lineari di trasporto. Nomenclatura. Formalismo matriciale in dinamica
dei fasci: Spazi di drift, quadrupoli magnetici, approssimazione di lenti sottili. Focalizzazione in magneti di bending. Fasci di particelle nello spazio delle fasi. Emittanza del Fascio. Teorema di Liouville. Trasformazioni
nello spazio delle fasi. Parametri del fascio di particelle: energia, struttura temporale, corrente, dimensioni del fascio. Guide d’onda RF. Equazione delle onde. Guide d’onda rettangolari. Guide d’onda cilindriche. Cavità RF. Cavità quadrate. Cavità cilindriche.
Guadagno energetico. Cavità RF come oscillatori. Perdite in cavità e impedenza di shunt. Parametri RF. Parametri per acceleratori circolari.
Fase sincrona e tensione RF. Parametri per acceleratori Lineari. Parametri della guida d’onda. Cattura di particelle in un acceleratore lineare.
Preiniettori e preparazione del fascio. Prebuncher. Beam Chopper, Buncher Section. Radiazione di sincrotrone. Radiazione da cariche in moto. Radiazione spontanea. Radiazione stimolata. Fasci di elettroni. Leggi di conservazione e radiazione: Radiazione Cherenkov, Radiazione
Compton. Radiazione elettromagnetica: Regime di
Coulomb, Regime di radiazione.
Sorgenti di radiazione: Magneti deflettori, superbends, wavelenght shifter, Wiggler magnet, ondulatore.
Potenza della radiazione di sincrotrone. Spettro.
Coerenza spaziale e temporale. Applicazioni.
Applicazioni degli acceleratori in ambito medico. Radioterapia con raggi X, particelle, ioni pesanti, neutroni. Acceleratori utilizzati: Sincrotroni,
Ciclotroni e Linacs. Trattamento dei pazienti. Radionuclidi: uso e produzione. Acceleratori per applicazioni industriali. Fasci di
elettroni di bassissima energia. Applicazioni: Sterilizzazione superficiale, Food Processing,
Stampa 2D e 3D, Laccatura, coating e grafting, Evaporazione, saldature e giunti, E-beam drilling. Acceleratori per applicazioni industriali (II): Fasci di
elettroni di bassa energia. Applicazioni: modifica dei
polimeri, degradazione, crosslinking, produzione di biomateriali, sintesi di hydrogels. Trattamento delle
gemme e dei semiconduttori. Sterilizzazione.
Applicazioni in campo ambientale: trattamento dei
fumi di scarico, trattamento delle acque e dei reflui. Fasci di Ioni: applicazioni in campo ambientale e sul
patrimonio culturale, Impiantazione ionica. Acceleratori ed energia. Fissione Nucleare. Acceleratori e Fissione Nucleare. Trasmutazione
delle scorie nucleari: Trasmutazione indotta da acceleratori, il progetto MYRRHA, reattori subcritici
ADS. Acceleratori e Fusione nucleare. Acceleratori e sicurezza. Sicurezza delle frontiere: Imaging con
raggi X, uso dei neutroni, raggi gamma. Sicurezza nucleare.
Acceleratori e sorgenti di fotoni. Applicazioni di ricerca. Sorgenti di radiazioni basate su linac.
SASE-FELs. Energy Recovery Linacs. Sorgenti Compton. Vantaggi e svantaggi delle sorgenti di
fotoni. Vantaggi delle sorgenti basate su acceleratori. Acceleratori e sorgenti di neutroni. Applicazioni dello
scattering di neutroni. Sorgenti di neutroni. Impieghi attuali delle sorgenti di neutroni. Sorgenti compatte di neutroni.
Produzione di fasci radioattivi (Radioactive Ion Beams (RIBs)). Tecnica ISOL. Tecnica IN-Flight.
Applicazioni di Ricerca. Progetto di target, wedges e degraders.
Progettazione di sistemi acceleranti per elettroni di bassa energia. Un linac impulsato da 5 MeV. Un electron gun per trattamenti superficiali. Grandezze
dosimetriche e loro misura. Dosimetri per applicazioni medicali e dosimetri per applicazioni industriali. Determinazione dei parametri per
ottimizzare la dose e il dose rate di trattamento.
Tipologie di acceleratori di particelle. Sorgenti di particelle. Componenti principali degli acceleratori.
Definizioni e unità di misura
Principi di dinamica del fascio. Risoluzione energetica. Rigidità magnetica e dielettrica.
Acceleratori lineari. Particelle cariche in un campo elettrico. Accleratori elettrostatici. Generatori a
cascata. Acceleratore di Cockroft e Walton. Acceleratore Van de Graaf. Componenti del campo elettrico. Accelerazione da campi RF. Condizione di sincronismo. Acceleratori Circolari. Il betatrone. Accelerazione mediante campi RF. Il Microtrone. Il Microtrone racetrack. Il Ciclotrone. Il Sincrotrone. Anelli di accumulazione. Parametri caratteristici. Dinamica delle particelle in campi elettromagnetici.
Ottica dei fasci di particelle cariche. Guida del fascio di particelle.
Focalizzazione e trasporto di fasci di particelle. Campi elettromagnetici. Lenti magnetiche, dipoli, quadrupoli e sestupoli. Principali magneti utilizzati
per la dinamica dei fasci: magneti deflettori, magneti focalizzatori, magneti di sincrotrone. Criteri di
progetto dei magneti. Sistem i lineari di trasporto. Nomenclatura. Formalismo matriciale in dinamica
dei fasci: Spazi di drift, quadrupoli magnetici, approssimazione di lenti sottili. Focalizzazione in magneti di bending. Fasci di particelle nello spazio delle fasi. Emittanza del Fascio. Teorema di Liouville. Trasformazioni
nello spazio delle fasi. Parametri del fascio di particelle: energia, struttura temporale, corrente, dimensioni del fascio. Guide d’onda RF. Equazione delle onde. Guide d’onda rettangolari. Guide d’onda cilindriche. Cavità RF. Cavità quadrate. Cavità cilindriche.
Guadagno energetico. Cavità RF come oscillatori. Perdite in cavità e impedenza di shunt. Parametri RF. Parametri per acceleratori circolari.
Fase sincrona e tensione RF. Parametri per acceleratori Lineari. Parametri della guida d’onda. Cattura di particelle in un acceleratore lineare.
Preiniettori e preparazione del fascio. Prebuncher. Beam Chopper, Buncher Section. Radiazione di sincrotrone. Radiazione da cariche in moto. Radiazione spontanea. Radiazione stimolata. Fasci di elettroni. Leggi di conservazione e radiazione: Radiazione Cherenkov, Radiazione
Compton. Radiazione elettromagnetica: Regime di
Coulomb, Regime di radiazione.
Sorgenti di radiazione: Magneti deflettori, superbends, wavelenght shifter, Wiggler magnet, ondulatore.
Potenza della radiazione di sincrotrone. Spettro.
Coerenza spaziale e temporale. Applicazioni.
Applicazioni degli acceleratori in ambito medico. Radioterapia con raggi X, particelle, ioni pesanti, neutroni. Acceleratori utilizzati: Sincrotroni,
Ciclotroni e Linacs. Trattamento dei pazienti. Radionuclidi: uso e produzione. Acceleratori per applicazioni industriali. Fasci di
elettroni di bassissima energia. Applicazioni: Sterilizzazione superficiale, Food Processing,
Stampa 2D e 3D, Laccatura, coating e grafting, Evaporazione, saldature e giunti, E-beam drilling. Acceleratori per applicazioni industriali (II): Fasci di
elettroni di bassa energia. Applicazioni: modifica dei
polimeri, degradazione, crosslinking, produzione di biomateriali, sintesi di hydrogels. Trattamento delle
gemme e dei semiconduttori. Sterilizzazione.
Applicazioni in campo ambientale: trattamento dei
fumi di scarico, trattamento delle acque e dei reflui. Fasci di Ioni: applicazioni in campo ambientale e sul
patrimonio culturale, Impiantazione ionica. Acceleratori ed energia. Fissione Nucleare. Acceleratori e Fissione Nucleare. Trasmutazione
delle scorie nucleari: Trasmutazione indotta da acceleratori, il progetto MYRRHA, reattori subcritici
ADS. Acceleratori e Fusione nucleare. Acceleratori e sicurezza. Sicurezza delle frontiere: Imaging con
raggi X, uso dei neutroni, raggi gamma. Sicurezza nucleare.
Acceleratori e sorgenti di fotoni. Applicazioni di ricerca. Sorgenti di radiazioni basate su linac.
SASE-FELs. Energy Recovery Linacs. Sorgenti Compton. Vantaggi e svantaggi delle sorgenti di
fotoni. Vantaggi delle sorgenti basate su acceleratori. Acceleratori e sorgenti di neutroni. Applicazioni dello
scattering di neutroni. Sorgenti di neutroni. Impieghi attuali delle sorgenti di neutroni. Sorgenti compatte di neutroni.
Produzione di fasci radioattivi (Radioactive Ion Beams (RIBs)). Tecnica ISOL. Tecnica IN-Flight.
Applicazioni di Ricerca. Progetto di target, wedges e degraders.
Progettazione di sistemi acceleranti per elettroni di bassa energia. Un linac impulsato da 5 MeV. Un electron gun per trattamenti superficiali. Grandezze
dosimetriche e loro misura. Dosimetri per applicazioni medicali e dosimetri per applicazioni industriali. Determinazione dei parametri per
ottimizzare la dose e il dose rate di trattamento.
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
PHYSICS
Laurea Magistrale
2 anni
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