CdSINGEGNERIA NUCLEARE
Codice1087I
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaInglese
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| NUCLEAR MEASUREMENTS | ING-IND/20 | LEZIONI | 60 |
|
MISURE NUCLEARI
Questo corso illustra gli strumenti e i metodi utilizzati nella misurazione dei campi di radiazione ionizzante e delle esposizioni del personale. Gli argomenti trattati nel corso riguardano le sorgenti e le proprietà delle radiazioni nucleari, i meccanismi di interazione delle radiazioni con la materia e i metodi di rilevamento, in particolare nell'ambito della generazione di energia nucleare e nelle applicazioni mediche e industriali. Le lezioni teoriche sono integrate da sessioni pratiche in laboratorio che illustrano alcune caratteristiche fondamentali dei contatori di radiazioni e delle statistiche di conteggio
Alla conclusione con successo di questo corso, gli studenti saranno in grado di:
- Comprendere le interazioni delle radiazioni, con particolare enfasi sulle radiazioni neutroniche.
- Apprendere i principi di progettazione dei diversi rilevatori di radiazioni e il loro funzionamento.
- Conoscere le tecniche e le applicazioni della spettroscopia delle radiazioni.
- Comprendere la natura statistica delle misurazioni delle radiazioni e le statistiche del conteggio delle radiazioni.
- Imparare a selezionare le tecniche per le misurazioni presso reattori nucleari e acceleratori di particelle, installazioni industriali e mediche, nonché per la verifica della sicurezza e l'interdizione del contrabbando.
RADIATION MEASUREMENTS
This course illustrates the instruments and methods used in the measurement of ionizing radiation fields and personnel exposures. Topics covered in the course are sources and properties of nuclear radiation, mechanisms of radiation interaction with matter, and detection methods—particularly, in nuclear power generation and in medical and industrial applications. The theoretical classes are complemented by hands-on laboratory sessions illustrating some fundamental features of radiation counters and counting statistics.
Upon successful completion of this course, students will be able to:
- Understand radiation interactions, with particular emphasis on neutron radiation.
- Learn the design principles of different radiation detectors and how they work.
- Learn the techniques and applications of radiation spectroscopy.
- Understand the statistical nature of radiation measurements and the statistics of radiation counting.
- Learn to select the techniques for measurements at nuclear reactors and particle accelerators, industrial and medical installations, and for safeguards verification and contraband interdiction.
Una valutazione continua per monitorare il progresso accademico verrà effettuata sotto forma di interazioni continue tra insegnante e studente durante le lezioni. Spesso, a un gruppo di studenti sarà assegnato il compito di affrontare una specifica problematica o questione.
Ongoing assessment to monitor academic progress will be carried out in the form of continuous teacher-student interactions during the classes. Often, a group of students will be tasked with addressing a specific issue or problem.
Alla fine del corso:
- Gli studenti sapranno come selezionare le tecniche più adatte per le misurazioni in scenari specifici come: reattori nucleari e acceleratori di particelle, installazioni industriali e mediche, e verifica della sicurezza e interdizione del contrabbando.
- Gli studenti saranno in grado di condurre ricerca e analisi su piccole fonti di radiazioni di "controllo" nel nostro laboratorio.
- Gli studenti saranno in grado di preparare un rapporto scritto sui risultati della loro attività di laboratorio coinvolgendo rilevatori di radiazioni e fonti di controllo.
By the end of the course:
- Students will know how to select the most suitable techniques for measurements in specific scenarios such as: nuclear reactors and particle accelerators, industrial and medical installations, and safeguards verification and contraband interdiction.
- Students will be able to conduct research and analysis of small “check” sources of radiation in our laboratory.
- Students will be able to prepare a written report on the results of their laboratory activity carried out involving radiation detectors and check sources.
Durante le sessioni di laboratorio, piccoli gruppi di studenti lavoreranno con i nostri dispositivi di misurazione delle radiazioni e fonti di controllo al fine di valutare e documentare la natura statistica delle interazioni delle radiazioni e come le proprietà del rilevatore influenzino l'affidabilità delle misurazioni, con particolare enfasi sulla risoluzione temporale dei rilevatori (aspetti di tempo morto). Gli studenti dovranno preparare un rapporto scritto che documenta i risultati dell'attività del progetto.
During the laboratory sessions, small groups of students will work with our radiation measurements devices and check sources in order to assess and document the statistical nature of radiation interactions and how detector properties affect the reliability of measurements, with particular emphasis on temporal resolution of the detectors (dead-time aspects). Students will have to prepare a written report that documents the results of the project activity.
Alla fine del corso:
- Gli studenti acquisiranno consapevolezza delle problematiche ambientali che influenzano la risposta e l'affidabilità dei rilevatori di radiazioni.
- Gli studenti saranno in grado di gestire la responsabilità di guidare un piccolo team che esegue esperimenti di laboratorio.
- Gli studenti acquisiranno precisione e accuratezza nella raccolta e nell'analisi dei dati sperimentali in laboratorio.
By the end of the course:
- Students will acquire an awareness of the environmental issues affecting the response and reliability of radiation detectors.
- Students will be able to manage the responsibility of leading a small team performing laboratory experiments.
- Students will acquire accuracy and precision when collecting and analyzing experimental data in the laboratory.
Durante le sessioni di laboratorio sulle misurazioni delle radiazioni, verrà valutata l'accuratezza e la precisione delle attività svolte.
Durante il lavoro di gruppo in laboratorio, verranno valutati i metodi di assegnazione di responsabilità, gestione e organizzazione durante gli esperimenti.
In seguito alle attività di laboratorio, agli studenti sarà richiesto di presentare brevi rapporti riguardanti gli esperimenti effettuati e le metodologie di analisi dei dati discusse.
During the radiation measurements laboratory sessions, the accuracy and precision of the activities carried out will be evaluated
During laboratory group work, the methods of assigning responsibility, management and organization during the experiments will be evaluated
Following laboratory activities, students will be requested to submit short reports concerning the experiments carried out and the data analysis methodologies discussed.
Gli studenti dovrebbero avere una buona conoscenza dei concetti fondamentali della fisica atomica e nucleare, dell'elettromagnetismo, del calcolo e dei principi dell'ingegneria nucleare.
Students should be proficient in the fundaments of atomic and nuclear physics, in electromagnetism, calculus and the principles of nuclear engineering.
Il corso si basa su lezioni altamente interattive, supportate da strumenti visivi come presentazioni PowerPoint™ e videoclip resi disponibili agli studenti.
Le sessioni di laboratorio si svolgono nei nostri locali didattici e di ricerca, dove agli studenti viene chiesto di formare gruppi, utilizzare l'attrezzatura didattica disponibile, osservare dimostrazioni del funzionamento dei nostri strumenti di ricerca più delicati e utilizzare i propri computer personali per l'analisi dei dati.
Strumenti e attività di supporto vengono regolarmente inclusi, come la ricerca di materiali da siti web consigliati e la partecipazione a seminari tematici tenuti da altri docenti di insegnamento e ricerca.
Sebbene il corso non disponga di un sito dedicato all'e-learning, è disponibile un sito web da cui gli studenti possono scaricare materiali didattici, compresi libri di testo liberamente accessibili, diapositive delle lezioni, e articoli per la revisione a casa.
Le comunicazioni tra docente e studenti avvengono principalmente attraverso incontri faccia a faccia, scambi di email e un crescente utilizzo dei social media.
Il corso è offerto interamente in inglese, con traduzioni e chiarimenti in italiano quando necessario.
The course is based on highly-interactive class lectures, with visual aids such as PowerPoint™ presentations and video clips which are made available to the students.
Laboratory session take place in our didactic and research locales where students are asked to form groups, use the available didactic instrumentation, observe demonstrations of the operation of our most delicate research tools, and utilize their personal computers for data analysis.
Supporting tools and activities are regularly included, such as researching materials from recommended websites, attending topical seminars given by other teaching and research faculty members.
While the course does not have a dedicated e-learning site, a website is available from which students can download educational materials, including freely available textbooks, lecture slides, papers to revise at home.
Communications between lecturer and students mainly occur via face-to-face meetings, email exchanges and an increasing use or social media.
The course is offered entirely in English, with translation and clarifications in Italian when required.
Introduzione e panoramica del corso; Fondamenti della struttura atomica e nucleare; Energie di legame; Stabilità nucleare; Principali modalità di decadimento nucleare; Energetica del decadimento alfa; Energetica dei decadimenti beta, emissione gamma, conversione interna, cattura elettronica; Fissione] Equazioni di Bates per decadimento singolo; Attività specifica; Equazioni di Bates per decadimento in serie; Equilibri secolari e transitori; Interazioni delle radiazioni, ioni pesanti, equazione di Bethe-Bloch; Tipologie di campi di radiazione; Fonti di radiazioni naturali e artificiali; Caratteristiche e standard del campo di riferimento/calibrazione; Correzioni per scattering, cono d'ombra e variazione della distanza; Fonti di radionuclidi; Acceleratori; Generalità sui rilevatori (efficienza intrinseca e geometrica); Modalità operative (corrente, integrazione, impulso); Camere di ionizzazione (modalità di integrazione, corrente e impulso); Formazione e raccolta del segnale; Contatori proporzionali; Formazione del segnale e parametri operativi; Contatori Geiger-Muller; funzionamento e acquisizione dati; Rilevatori a scintillazione; Principi di funzionamento (materiali organici e inorganici); spettroscopia gamma (picco a energia piena, regioni Compton singole/multiple); Spettroscopia gamma (fotoni di annichilazione, raggi X di frenamento); Analisi di spettri gamma da varie fonti (spettri di scintillatori inorganici e organici); Interazioni nucleari utilizzate nella rilevazione dei neutroni; Generalità sulla rilevazione dei neutroni; Contatori proporzionali BF3 e He-3 per neutroni; risoluzione, effetti di parete dello spettro degli impulsi; Rilevatori di fissione, rilevatori rivestiti di boro; spettrometria neutronica vs spettroscopia dei fotoni, rilevatori sandwich; Telescopi protonici, rilevatori di rinculo protonico; Sistemi basati sulla moderazione, emulsioni, deconvoluzione; Rilevatori in-core autopotenziati, rilevatori di attivazione, rilevatori di criticità; Concetti di base dell'elettronica nucleare; Rilevatori a semiconduttore: elettronica di diodi PN, rilevamento; Sistemi di rilevamento per sicurezza, sicurezza e salvaguardia Contatori Geiger-Müller, misura della caratteristica del plateau di risposta e del tempo morto; Contatori Geiger-Muller; Analisi dati: statistiche di Poisson, test del chi quadrato.
Course introduction and overview; Atomic and nuclear structure basics; Binding energies; Nuclear stability; Main nuclear decay modes; Energetics of alpha particle decay; Energetics of beta decays, gamma emission, internal conversion, electon capture; Fission] Bates equations single decay; Specific activity; Bates equations decay in series; Secular and transient equilibria; Radiation interactions, heavy ions, Bethe-Bloch equation; Radiation Field Types; Natural and artificial radiation sources; reference/calibration field characteristics and standards;scatter corrections, shadow cone and distance variation; radionuclide sources; accelerators; Detector generalities (intrinsic and geometric efficiency); operation modes (current, integration, pulse); Ionization chambers (integration, current and pulse modes); signal formation and collection; Proportional counters; signal formation and operating parameters; Geiger-Muller counters; operation and data acquisition; Scintillator detectors; operation principles (organic and onrganic materials); gamma spectroscopy (Full energy peak, single/multiple Compton regions); Gamma spectroscopy (annihilation photons, bremsstrahlung x-rays); Analysis of gamma spectra from various sources (inorganic and organic scintillator spectra); Nuclear interactions used in neutron detection; Neutron detection generalities; BF3 and He-3 proportional counters for neutrons; resolution, pulse spectrum wall effects; Fission detectors, boron lined detectors; neutron spectrometry vs photon spectroscopy, sandwich detectors; Proton telescopes, proton recoil detectors; Moderation based systems, emulsions, unfolding; Self-powered in-core detectors, activation detectors, criticality detectors; Basic nuclear electronics concepts; Semiconductor detectors: electronics of PN diodes, detection; Detection systems for safety, security and safeguards Geiger-Müller counters,measurement of response plateau and dead time characteristics; Geiger-Muller counters;Data analysis: Poisson statistics, Chi-square test.
La lettura consigliata include i materiali del corso sopra menzionati e il seguente libro di testo:
Glenn Knoll, Detection and Measurement, John Wiley & Sons.
Potrebbero essere indicate ulteriori referenze bibliografiche.
Recommended reading includes the class materials mentioned above and the following textbook:
Glenn Knoll, Radiation Detection and Measurement, John Wiley & Sons.
Further bibliography may be indicated.
Non è obbligatorio per gli studenti frequentare il corso per essere ammessi all'esame di competenza. Tutti i materiali sono resi disponibili agli studenti non frequentanti, i quali possono anche richiedere incontri con il docente e gli assistenti per affrontare argomenti di interesse e richieste di chiarimenti
Students are not required to attend the course in order to be admitted to the proficiency examination. All materials are made available to non-attending students, who can also request meetings with instructor and assistants in order to address topics of interest and requests for clarifications.
La verifica finale di competenza è un esame orale consistente in un colloquio tra il candidato, il docente e i collaboratori del docente. La durata media del colloquio è di un'ora e di solito vi partecipano due professori. Durante il test, gli studenti vengono valutati sulla comprensione e sull'analisi critica dei contenuti del corso utilizzando la terminologia appropriata. L'esame è diviso in diverse parti, corrispondenti alle varie sezioni del programma. Per superare l'esame, è utile, sebbene non obbligatorio, frequentare le lezioni e aver completato le attività di laboratorio didattico. L'esame non avrà esito positivo se il candidato dimostra ripetutamente incapacità di collegare e collegare parti del programma con concetti e idee che devono combinare per rispondere correttamente a una domanda, o se il candidato non risponde in modo sufficiente alle domande riguardanti la parte più fondamentale del corso.
The final proficiency exam is an oral test consisting of an interview between the candidate, the lecturer, and the lecturer’s collaborators. The average length of the interview is one hour and the number of professors conducting the interview is usually two. During the test, students are assessed on their understanding and critical analysis of the course contents using the appropriate terminology. The test is divided into several parts, corresponding to the various sections of the program. In order to pass the exam, it is useful although not mandatory to attend the classes and to have completed the educational laboratory activities. The test will not have a positive outcome if the candidate repeatedly demonstrates an inability to relate and link parts of the program with notions and ideas that they must combine in order to correctly respond to a question, or if the candidate does not respond sufficiently to questions regarding the most fundamental part of the course.
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