ENVIROMENTAL RADIOACTIVITY
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- FABIO MANTOVANI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- FIS/01
Obiettivi formativi
- Il corso si pone l'obiettivo di presentare in modo critico i principali risultati della ricerca scientifica e tecnologica nel campo della radioattività ambientale. Particolare attenzione è data ai sistemi di spettroscopia gamma per misure in-situ ed airborne, con applicazioni nel monitoraggio ambientale, nell’agricoltura di precisione, dell’homeland security, nell’esplorazione mineraria e nella caratterizzazione dei NORM (Naturally Occurring Radioactive Material). Durante il corso si fa riferimento alle numerose linee di finanziamento aventi come obiettivi strategici la salvaguardia ambientale attraverso sistemi IoT (Internet Of Things).
Le conoscenze acquisite dallo studente riguardano i processi di decadimento radioattivo, l’interazione radiazione materia, le catene di decadimento radioattivo, la produzione industriale di radioisotopi, le tecniche d’analisi per la caratterizzazione dei radionuclidi nell’ambiente ed i sistemi di misura della radioattività a bordo di UAV (Unmanned Aerial Vehicle).
Lo studente è tenuto a sviluppare abilità nel risolvere problemi di analisi di spettroscopia gamma, di elaborazione statistica di dati sperimentali e di modellazione del flusso di radiazione in diversi contesti ambientali. Più di un terzo del corso è dedicato ad attività sperimentali, utilizzando spettrometri portatili e droni, nonché allo sviluppo di algoritmi per l’analisi dati. Prerequisiti
- Sono richieste nozioni elementari di statistica, calcolo differenziale ed integrale, nonché i fondamenti di fisica nucleare, con particolare riferimento ai processi di decadimento radioattivo. La trattazione matematica degli argomenti è tale da essere comprensibile a studenti di laurea magistrale in fisica, ingegneria e scienze della Terra.
Contenuti del corso
- Il corso prevede 54 ore di didattica tra lezioni, esercitazioni ed attività laboratoriali. Esso è strutturato in tre sezioni: le prime due di carattere teorico, mentre la terza prevede attività sperimentali.
SEZIONE 1 - PROCESSI RADIOATTIVI NELL'AMBIENTE (16 h)
• Nuclei, stabilità nucleare e radiazioni nucleari
• Proprietà dei decadimenti alpha, beta e gamma
• Radioattività terrestre e cosmica
• Equilibrio transiente e secolare
• Radionuclidi antropogenici
• I radionuclidi prodotti da un reattore nucleare
• Cenni di dosimetria
SEZIONE 2 - TECNOLOGIE E METODI PER MISURARE LA RADIOATTIVITÀ AMBIENTALE (16 h)
• Interazione radiazione materia
• Rivelatori a scintillazione e a semiconduttori in sistemi integrati
• Performance dei fotomoltiplicatori
• Metodi e strategie di campionamento
• NORM (Naturally Occurring Radioactive Materials)
• Fallout di esplosioni nucleari: Three Mile Island, Chernobyl e Fukushima
• Il 137Cs: dal fallout a tracciante ambientale
• Programmi di ricerca internazionali per il controllo ed il monitoraggio della radioattività
SEZIONE 3 – MISURE DELLA RADIOATTIVITÀ AMBIENTALE (22 h)
• Misure di spettroscopia gamma in situ
• Tecniche d’analisi di spettroscopia gamma
• Stima del contenuto idrico dei suoli con applicazioni all’agricoltura di precisione
• Misure di radioattività a bordo di UAV
• Tecniche d'analisi spettrale di misure airborne
• Metodi geostatistici per la realizzazione di cartografia tematica della radioattività Metodi didattici
- Le lezioni frontali (sezione 1 e 2) ed una parte delle attività sperimentali (sezione 3) si tengono presso il Laboratorio di Tecnologie Nucleari Applicate all’Ambiente (https://www.fe.infn.it/radioactivity/), dove gli studenti possono vedere e toccare con mano le attrezzature dedicate alla caratterizzazione della radioattività ambientale. La maggior parte delle esercitazioni di spettroscopia gamma sono realizzate all’aperto, nel campus universitario o presso aree dedicate al volo di droni.
Tutte le presentazioni mostrate durante le lezioni sono raccolte ed ordinate in Google Classroom, assieme agli articoli scientifici citati nelle slides. Video, database nucleari e codici d’analisi utili per l’analisi spettrale sono parte integrante del materiale didattico messo a disposizione degli studenti.
L'orario delle lezioni è concordato con il docente all'inizio del semestre ed è pianificato in modo tale da evitare sovrapposizioni temporali con altri insegnamenti. Si prega pertanto di scrivere un’e-mail al docente (mantovani@fe.infn.it) circa un mese prima dell’inizio delle lezioni dichiarando l'interesse nel frequentare il corso. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. L'esame orale è diviso in due parti.
• Una presentazione (circa 10 minuti) attraverso la quale lo studente espone un argomento che ha approfondito in modo autonomo. L'esposizione fornirà l'opportunità di saggiare il grado di approfondimento e la capacità critica con cui sono state scelte le informazioni e le fonti bibliografiche.
• Un colloquio orale (circa 40 minuti) nel quale non verrà chiesto tanto di ripetere gli argomenti trattati a lezione, quanto verrà valutata la competenza nel collegare le conoscenze e le abilità acquisite per affrontare problematiche legate alla radioattività ambientale. Testi di riferimento
- Oltre alle presentazioni mostrate durante le lezioni, al materiale didattico ed agli articoli scientifici messi a disposizione sulla piattaforma Google Classroom, per alcuni argomenti specifici si farà riferimento ai seguenti testi.
• Practical Gamma-Ray Spectrometry - Gordon R. Gilmore - John Wiley & Sons, Ltd, 2008.
• Radiation Detection and Measurement - Glenn F. Knoll - John Wiley & Sons Inc, 2010.
• Nuclear and Radiochemistry (2nd Edition) - Jozsef Konya Noemi Nagy – Elsevier, 2018.
• Environmental Radiochemical Analysis III - Edited by Peter Warwick - Royal Society of Chemistry, 2006.
• Practical Applications of Radioactivity and Nuclear Radiations - Gerhart Lowenthal and Peter Airey - Cambridge University Press, 2001.
