Laboratorio di fisica sanitaria
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Con il Laboratorio di Fisica Sanitaria si vuole che gli studenti possano:
1. approfondire le conoscenze dell'interazione della radiazione con la materia;
2. diventare autonomi nell'uso della strumentazione e delle tecniche di rivelazione e del loro impiego per scopi dosimetrici e radioprotezionistici,
utilizzando strumenti e metodologie, che permettono loro di impadronirsi di alcune tecniche normalmente impiegate nel settore della Fisica Sanitaria: spettrometria gamma, X ed alfa ad alta risoluzione, scintillazione liquida, altra strumentazione radiometrica (camere a ionizzazione, monitor neutroni, Geiger); strumentazione per la determinazione della concentrazione indoor di radon-222.
1. approfondire le conoscenze dell'interazione della radiazione con la materia;
2. diventare autonomi nell'uso della strumentazione e delle tecniche di rivelazione e del loro impiego per scopi dosimetrici e radioprotezionistici,
utilizzando strumenti e metodologie, che permettono loro di impadronirsi di alcune tecniche normalmente impiegate nel settore della Fisica Sanitaria: spettrometria gamma, X ed alfa ad alta risoluzione, scintillazione liquida, altra strumentazione radiometrica (camere a ionizzazione, monitor neutroni, Geiger); strumentazione per la determinazione della concentrazione indoor di radon-222.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine del Laboratorio avrà acquisito le seguenti abilità nelle misure e nelle valutazioni:
a. per quanto riguarda la spettrometria gamma con la caratterizzazione della strumentazione per rivelatori HPGe mediante:
· analisi di linearità e stabilità di ogni componente della catena elettronica (preamplificatore, amplificatore, convertitore analogico-digitale);
· calibrazione in energia ed efficienza del rivelatore;
· analisi del tempo morto della catena;
· misure su campioni di interesse degli studenti.
b. per la parte di determinazione della radioattività ambientale ed in particolare della concentrazione del gas radioattivo radon-222:
· caratterizzazione di diversi strumenti di misura sia attivi (semiconduttori e celle di Luca's) sia passivi (canestri a carbone attivo, CR39);
· calibrazione della strumentazione;
· misure in ambienti specifici a scelta degli studenti.
a. per quanto riguarda la spettrometria gamma con la caratterizzazione della strumentazione per rivelatori HPGe mediante:
· analisi di linearità e stabilità di ogni componente della catena elettronica (preamplificatore, amplificatore, convertitore analogico-digitale);
· calibrazione in energia ed efficienza del rivelatore;
· analisi del tempo morto della catena;
· misure su campioni di interesse degli studenti.
b. per la parte di determinazione della radioattività ambientale ed in particolare della concentrazione del gas radioattivo radon-222:
· caratterizzazione di diversi strumenti di misura sia attivi (semiconduttori e celle di Luca's) sia passivi (canestri a carbone attivo, CR39);
· calibrazione della strumentazione;
· misure in ambienti specifici a scelta degli studenti.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
L'insegnamento, specifico per gli studenti che intendono seguire il percorsodi Fisica Sanitaria, si propone di applicare mediante esperimenti in Laboratorio, quanto illustrato ed appreso durante l'insegnamento di Fisica Sanitaria.
I temi che vengono proposti, tra cui gli studenti, che si suddividono in gruppi, possono scegliere sono:
1. Caratterizzazione di strumentazione per spettrometria gamma e/o beta e/o alfa;
2. Caratterizzazione di strumentazione per la misura della concentarzione indoor di radon-222.
Il programma prevede una parte comune che riguarda:
- Introduzione all'insegnamento - Normativa: formazione informazione rischi attività in laboratorio: legge 81 e 230.
- Spettrometria alfa, beta, gamma. Rivelatori HPGe e Scintillatori.
- Catena elettronica per la rivelazione della radiazione gamma.
- Sorgenti radioattive, modalità d'uso. Cenni di teoria degli errori.
I programmi successivamente vengono differenziati e sono specifici per ognuno dei temi trattati.
In particolare per il punto 1. relativo alla spettrometria specialmente gamma:
- presentazione del sistema di rivelazione impiegato e della catena elettronica, del s/w di acquisizione ed analisi dati.
- studio e verifica della linearità e stabilità di ciascuna componente la catena di acquisizione per spettrometria (MCB, Amplificatore, Preamplificatore, rivelatore)
- Misure per la valutazione del tempo morto della catena elettronica con valutazione della capicità del sistema di rivelazione utilizzato di una corretta correzione.
- Calibrazione in energia e in efficienza della catena per spettrometria gamma - sorgenti puntiformi.
- Determinazione attività di sorgenti incognite in geometria puntiforme.
- Calibrazione in energia e in efficienza della catena per spettrometria gamma - sorgenti in geometria Marinelli
- Misure di campioni incogniti.
- Campagna di misure con analisi di campioni di interesse del singolo gruppo.
Per il punto 2. relativo alla misura della concentrazione di radon-222:
- presentazione degli apparati sperimentali relative alle diverse modalità di campionamento attivo e passivo del gas radon, descrizione del s/w per utilizzo apparecchiature, acquisizione e analisi dei dati.
- Campionamento attivo in continuo con rivelatori a semiconduttore e a Cella di Lucas.
- Campionamento attivo in grab-sampling mediante rivelatori a semiconduttore e Cella di Lucas.
- Campionamento con dosimetri passivi a carbone attivo
- Campionamento con dosimetri passivi a CR39.
- Messa a punto procedura per sviuluppo dosimetri passivi CR39.
- Lettura e analisi mediante microscopio ottico tracce raccolte dai dosimetri passivi a CR39.
- Analisi mediante spettrometria gamma dei dosimetri a carbone attivo.
- Campagna di misure in luoghi chiusi di interesse del gruppo coinvolto, con tutte le tecniche a disposizione.
- Analisi dei dati con confronto dei risultati ottenuti con tutte le tecniche di misura impiegate.
I temi che vengono proposti, tra cui gli studenti, che si suddividono in gruppi, possono scegliere sono:
1. Caratterizzazione di strumentazione per spettrometria gamma e/o beta e/o alfa;
2. Caratterizzazione di strumentazione per la misura della concentarzione indoor di radon-222.
Il programma prevede una parte comune che riguarda:
- Introduzione all'insegnamento - Normativa: formazione informazione rischi attività in laboratorio: legge 81 e 230.
- Spettrometria alfa, beta, gamma. Rivelatori HPGe e Scintillatori.
- Catena elettronica per la rivelazione della radiazione gamma.
- Sorgenti radioattive, modalità d'uso. Cenni di teoria degli errori.
I programmi successivamente vengono differenziati e sono specifici per ognuno dei temi trattati.
In particolare per il punto 1. relativo alla spettrometria specialmente gamma:
- presentazione del sistema di rivelazione impiegato e della catena elettronica, del s/w di acquisizione ed analisi dati.
- studio e verifica della linearità e stabilità di ciascuna componente la catena di acquisizione per spettrometria (MCB, Amplificatore, Preamplificatore, rivelatore)
- Misure per la valutazione del tempo morto della catena elettronica con valutazione della capicità del sistema di rivelazione utilizzato di una corretta correzione.
- Calibrazione in energia e in efficienza della catena per spettrometria gamma - sorgenti puntiformi.
- Determinazione attività di sorgenti incognite in geometria puntiforme.
- Calibrazione in energia e in efficienza della catena per spettrometria gamma - sorgenti in geometria Marinelli
- Misure di campioni incogniti.
- Campagna di misure con analisi di campioni di interesse del singolo gruppo.
Per il punto 2. relativo alla misura della concentrazione di radon-222:
- presentazione degli apparati sperimentali relative alle diverse modalità di campionamento attivo e passivo del gas radon, descrizione del s/w per utilizzo apparecchiature, acquisizione e analisi dei dati.
- Campionamento attivo in continuo con rivelatori a semiconduttore e a Cella di Lucas.
- Campionamento attivo in grab-sampling mediante rivelatori a semiconduttore e Cella di Lucas.
- Campionamento con dosimetri passivi a carbone attivo
- Campionamento con dosimetri passivi a CR39.
- Messa a punto procedura per sviuluppo dosimetri passivi CR39.
- Lettura e analisi mediante microscopio ottico tracce raccolte dai dosimetri passivi a CR39.
- Analisi mediante spettrometria gamma dei dosimetri a carbone attivo.
- Campagna di misure in luoghi chiusi di interesse del gruppo coinvolto, con tutte le tecniche a disposizione.
- Analisi dei dati con confronto dei risultati ottenuti con tutte le tecniche di misura impiegate.
Prerequisiti
Gli studenti devono avere assimilato la disciplina riguardante:
a. interazione della radiazione con la materia;
b. concetti di base sulle sorgenti naturali di radiazione;
c. concetti di base sulle sorgenti artificiali di radiazione;
d. conoscere i principali tipi di detectors per le radiazioni ionizzanti.
Tali conoscenze sono acquisibili in modo propedeutico e specifico attraverso gli insegnamenti di:
1. Fisica Sanitaria;
2. Chimica;
3. Interazione e Rivelazione della Radiazione Nucleare.
Non viene applicata una rigida propeudicità ma si raccomanda agli studenti di interagire con il Docente nel caso non si siano seguiti e superati gli insegnamenti sopra riportati.
a. interazione della radiazione con la materia;
b. concetti di base sulle sorgenti naturali di radiazione;
c. concetti di base sulle sorgenti artificiali di radiazione;
d. conoscere i principali tipi di detectors per le radiazioni ionizzanti.
Tali conoscenze sono acquisibili in modo propedeutico e specifico attraverso gli insegnamenti di:
1. Fisica Sanitaria;
2. Chimica;
3. Interazione e Rivelazione della Radiazione Nucleare.
Non viene applicata una rigida propeudicità ma si raccomanda agli studenti di interagire con il Docente nel caso non si siano seguiti e superati gli insegnamenti sopra riportati.
Metodi didattici
Il metodo didattico adottato prevede una spiegazione frontale introduttiva generale sui temi del Laboratorio, rivolta a tutti gli studenti.
Successivamente ogni incontro viene preceduto dalla presentazione cattedratica degli obbiettivi della parte sperimentale corrispondente e specifica per ogni gruppo (che svolge temi differenti) a cui segue lo svolgimento dell'esperimento che permette la verifica sul campo di quanto illustrato e la realizzazione dell'esperimento medesimo.
All'inizio di ogni incontro viene inoltre effettuata una discussione critica per quanto riguarda l'incontro/incontri precedenti degli eventuali risultati ottenuti, delle problematiche incontrate, le possibili soluzioni o le soluzioni che gli studenti pensano di proporre per il loro superamento.
Successivamente ogni incontro viene preceduto dalla presentazione cattedratica degli obbiettivi della parte sperimentale corrispondente e specifica per ogni gruppo (che svolge temi differenti) a cui segue lo svolgimento dell'esperimento che permette la verifica sul campo di quanto illustrato e la realizzazione dell'esperimento medesimo.
All'inizio di ogni incontro viene inoltre effettuata una discussione critica per quanto riguarda l'incontro/incontri precedenti degli eventuali risultati ottenuti, delle problematiche incontrate, le possibili soluzioni o le soluzioni che gli studenti pensano di proporre per il loro superamento.
Materiale di riferimento
1. K. Debertin, R.G. Helmer, "Gamma and X-ray spectrometry with semicunductor detectors", Elsevier Science B. V., 1988, ISBN 0 444 871071;
2. G.R. Gilmore, "Pratical Gamma-ray Spectrometry", New York, John Wiley & Sons, Ltd;
3. G.F. Knoll, "Radiation Detection and Measurement", 3rd Ed., New York, John Wiley & Sons, Ltd;
4. J.R. Taylor, "Introduzione all'analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche", Zanichelli Ed, ISBN: 978-88-08-17656-1;
5. Manuali e documentazione specifica relativa alla strumentazione e ai programmi s/w utilizzati;
6. F. Groppi "dispense Laboratorio didattico Fisica Sanitaria" su piattaforma Ariel.
2. G.R. Gilmore, "Pratical Gamma-ray Spectrometry", New York, John Wiley & Sons, Ltd;
3. G.F. Knoll, "Radiation Detection and Measurement", 3rd Ed., New York, John Wiley & Sons, Ltd;
4. J.R. Taylor, "Introduzione all'analisi degli errori. Lo studio delle incertezze nelle misure fisiche", Zanichelli Ed, ISBN: 978-88-08-17656-1;
5. Manuali e documentazione specifica relativa alla strumentazione e ai programmi s/w utilizzati;
6. F. Groppi "dispense Laboratorio didattico Fisica Sanitaria" su piattaforma Ariel.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Per ciascun gruppo, l'esame consiste:
- nella preparazione di una relazione di laboratorio sull'argomento specifico trattato dal gruppo medesimo durante il Laboratorio;
- una presentazione con slides sull'attività specifica condotta durante il Laboratorio ed un colloquio.
Il colloquio verte in parte sui punti discussi nella relazione e in parte sul programma. L'esame avviene per tutti i gruppi nella stessa sessione in modo che mediante la presentazione ciascun gruppo presenta ai colleghi le modalità di svolgimento, la strumentazione utilizzata e i risultati ottenuti.
Nella discussione orale si valuteranno sia le competenze acquisite tramite la verifica della comprensione dei fenomeni fisici di base volta ad accertare il livello di comprensione raggiunto relativamente alla materia trattata sia le capacità critiche nella discussione delle problematiche incontrate durante il percorso e nella capacità di soluzione delle stesse.
Sebbene l'esame viene svolto come gruppo, la votazione è individuale e tiene in conto anche delle peculiarità dei singoli studenti che si sono evidenziate durante le diverse fasi sperimentali e su tutto il percorso laboratoriale, sia come capacità tecniche, sia capacità di lavorare in gruppo, sia di risoluzione in modo critico degli eventuali problemi incontrati.
- nella preparazione di una relazione di laboratorio sull'argomento specifico trattato dal gruppo medesimo durante il Laboratorio;
- una presentazione con slides sull'attività specifica condotta durante il Laboratorio ed un colloquio.
Il colloquio verte in parte sui punti discussi nella relazione e in parte sul programma. L'esame avviene per tutti i gruppi nella stessa sessione in modo che mediante la presentazione ciascun gruppo presenta ai colleghi le modalità di svolgimento, la strumentazione utilizzata e i risultati ottenuti.
Nella discussione orale si valuteranno sia le competenze acquisite tramite la verifica della comprensione dei fenomeni fisici di base volta ad accertare il livello di comprensione raggiunto relativamente alla materia trattata sia le capacità critiche nella discussione delle problematiche incontrate durante il percorso e nella capacità di soluzione delle stesse.
Sebbene l'esame viene svolto come gruppo, la votazione è individuale e tiene in conto anche delle peculiarità dei singoli studenti che si sono evidenziate durante le diverse fasi sperimentali e su tutto il percorso laboratoriale, sia come capacità tecniche, sia capacità di lavorare in gruppo, sia di risoluzione in modo critico degli eventuali problemi incontrati.
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 6
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 14 ore
Lezioni: 14 ore
Docente:
Groppi Garlandini Flavia Maria
Docente/i
Ricevimento:
su richiesta via e-mail
Sede LASA - Segrate oppure presso Dipartimento di Fisica