Corso di laurea in Scienza dei Materiali
Corso di laurea in Scienza e Tecnologia dei Materiali

L'insegnamento di carattere teorico-pratico si propone di fornire agli studenti le basi per comprendere i fenomeni fisici e le strumentazioni che stanno alla base di alcune tecniche per la diagnostica di beni culturali e per la loro datazione.

L'insegnamento offre altresì agli studenti la possibilità di effettuare misurazioni con strumentazione avanzata utilizzando tecniche introdotte nelle lezioni frontali e di analizzare i dati sperimentali con strumenti informatici dedicati.

Conoscenza e capacità di comprensione:
-Conoscenza adeguata dei fenomeni di interazione di elettroni, protoni e raggi x con la materia e dei fenomeni di radioattività naturale.
- comprensione delle modalità di funzionamento di strumentazione di laboratorio e delle relative tecniche sperimentali che fanno uso di fasci di elettroni, protoni e raggi x per la caratterizzazione di materiali di interesse storico/artistico/archeologico;
- comprensione delle modalità di funzionamento di strumentazione di laboratorio e delle relative tecniche sperimentali per la datazione di oggetti archeologici;

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
- capacità di valutare il volume di analisi in funzione del tipo di sonda utilizzata;
- capacità di effettuare misure di laboratorio con l'utilizzo di strumentazione moderna seguendo un adeguato protocollo sperimentale;
- capacità di caratterizzare un apparato per le radiografie e di effettuare radiografie digitali;
- capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione;
- capacità di redigere un resoconto scientifico in modo chiaro utilizzando una notazione scientifica corretta.

 

 

Tipologia Insegnamento 

L'insegnamento è di 6 CFU, di cui 5 CFU (corrispondenti a 40 h) di lezioni frontali e 1 CFU (corrispondenti a 16 h per studente) di attività in laboratorio; queste ultime si svolgeranno al termine delle lezioni frontali.

Frequenza

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria. La frequenza ai corsi di laboratorio è obbligatoria e non può essere inferiore al 70% delle ore previste.

Argomenti trattati nelle lezioni frontali:

Interazione di particelle cariche con la materia

• Sezione d'urto
• Perdita di energia per ionizzazione ed equazione di Bethe-Block.
• Interazione di fasci di protoni e ioni elio: picco di Bragg, range, straggling, uso del programma SRIM
• Interazione di fasci di elettroni: perdita di energia per irraggiamento, range, uso del programma CASINO
• Confronto tra fasci di elettroni e ioni
• Fluorescenza secondaria ed effetto Auger

Interazione di raggi x con la materia

• Interazione a livello atomico: effetto fotoelettrico, effetto Compton, effetto Rayleigh e creazione di coppie
• Legge di Lamber-Beer, coefficiente di attenuazione lineare e massico
• Coefficiente di attenuazione in composti e in materiali di interesse storico-artistico

Decadimenti nucleari

• Isotopi e definizione di unità di massa
• Legge del decadimento radioattivo, tempo di dimezzamento e tempo di vita medio
• Decadimento alfa ,spettroscopia alfa, esempi
• Decadimento beta: beta-, beta+, cattura elettronica, esempi
• Decadimento gamma, conversione interna, esempi
• Interazione di particelle alfa, beta e gamma con la materia
• Definizione di dose di radioattività, radioattività ambientale

Strumentazioni che fanno uso di fasci di particelle cariche o raggi x

• Fasci di elettroni: microscopio elettronico con microsonda, catodoluminescenza, applicazione nei beni culturali
• Fasci di protoni: tecniche PIXE, PIGE, RBS, applicazione nei beni culturali
• Fasci di raggi x: radiografie, tomografie, XRF, applicazione nei beni culturali
• Datazioni: radiocarbonio, termoluminescenza, applicazione nei beni culturali

Attività in laboratorio.
Le attività in laboratorio sono organizzate in 4 sessioni da 4 ore. Gli studenti iscritti all'insegnamento si distribuiranno in gruppo di 3 (max 4) membri.Ogni gruppo eseguirà le esperienze qui elencate:

• Caratterizzazione di un apparato per radiografie digitali, radiografie digitali di oggetti didattici e opere d'arte.
• Misura dimostrativa di termoluminescenza per la datazione di ceramiche

 

La verifica dell’apprendimento si articolerà in due valutazioni:

Valutazione delle attività di laboratorio

tale valutazione è volta a verificare la capacità dello studente  ad utilizzare con procedure appropriate la strumentazione di laboratorio per la caratterizzazione di materiali di interesse storico-artistico e la loro datazione. Lo strumento di verifica è un rapporto tecnico delle attività svolte in laboratorio, redatto da ogni gruppo di lavoro. La relazione dovrà essere consegnata (in formato elettronico) entro tre settimane dal termine delle attività di laboratorio. Eventuali ritardi saranno penalizzati in sede di valutazione. Entro una settimana dalla consegna delle relazioni i gruppi di lavoro verranno invitati a discutere le relazioni. La discussione verterà sull’analisi della relazione, in termini di uso corretto della notazione scientifica, uso corretto del protocollo di misura, adeguata analisi dei dati. E’ richiesta la presenza  di almeno un rappresentante per gruppo. La valutazione finale sarà comune a tutti i membri del gruppo. La valutazione ha una validità di 24 mesi.

 Valutazione della prova orale

tale valutazione è volta a verificare la conoscenza dei fenomeni di interazione della radiazione con la materia, dei fenomeni di decadimento nucleare, delle tecniche di analisi per la caratterizzazione e datazione di materiali nei beni culturali ed a verificare la capacità di esporre le tecniche sperimentali ed i modelli interpretativi delle attività svolte in laboratorio. Per accedere alla prova orale e' necessario aver ottenuto una valutazione di almeno 18/30 delle attività di laboratorio. La prova orale consisterà in una domanda relativa alle esperienze in laboratorio e in almeno tre domande sugli argomenti trattati a lezione.

Il voto finale sarà la media delle valutazioni (espresse in trentesimi) riportate nelle due prove.

 Il calendario delle sessioni d’esame è riportato nella piattaforma ESSE3. Sessioni straordinarie possono essere richieste solo da studenti in prossimità di discutere la tesi e aventi questo come ultimo esame.

Interazione radiazione-materia: particelle cariche pesanti (protoni), particelle cariche leggere (elettroni), raggi x
Applicazione ai beni culturali di tecniche di analisi composizionale che fanno uso di radiazioni ionizzanti: sonda di elettroni (EDX, CL), ioni (PIXE, PIGE, RBS) e raggi x (XRF). Tecniche di imaging con raggi x: radiografie e tomografie.
Tecniche di datazione basate sul decadimento nucleare: introduzione sulla radioattività e sulla struttura dei solidi, metodo del radiocarbonio, metodo della termoluminescenza
Per tutte le tecniche illustrate saranno presentati casi di studio su oggetti di interesse storico-artistico. L'attività di laboratorio si articolerà in esercitazioni su alcuni dei seguenti argomenti: misure di termoluminescenza, studio del decadimento di un radioisotopo, radiografie.

Dispense fornite dal docente e disponibili alla voce "Materiale Didattico"