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Diagnostica Fisica con laboratorio

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Diagnostic physics with laboratory

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Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
MFN1254
Docenti
Prof. Alessandro Lo Giudice (Titolare del corso)
Dr. Alessandro Re (Titolare del corso)
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali- Indirizzo Beni Culturali
Anno
3° anno
Periodo didattico
Annuale
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/07 - fisica applicata (a beni culturali, ambientali, biologia e medicina)
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Frequenza alle lezioni facoltativa. Frequenza al laboratorio obbligatoria
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Fisica Generale 1 con laboratorio
Fisica Generale 2 con laboratorio
Chimica Fisica 2
Metodologie di caratterizzazione dei materiali con laboratorio
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

L'insegnamento concorre alla realizzazione dell'obiettivo formativo del corso di studi in Scienza e Tecnologia dei Materiali (indirizzo beni culturali) fornendo allo studente le conoscenze di base per comprendere i fenomeni fisici e le strumentazioni che sono alla base di alcune tecniche per la diagnostica di beni culturali e per la loro datazione.

L'insegnamento fornisce inoltre agli studenti la possibilità di effettuare in laboratorio misurazioni con strumentazioni avanzate e di analizzare i dati sperimentali con strumenti informatici dedicati che potranno essere utili in diversi ambiti della pratica professionale, quali le autenticazioni, le datazioni o l'identificazione dello stato di conservazione di un oggetto artistico.

The teaching is aimed to introduce the basic concepts of physical phenomena, in order to provide the fundamentals to understand some important methodologies and the relevant instrumentation for the physical characterization and dating of cultural heritage.

The teaching gives the students the opportunity to use advanced instrumentation and to analyze experimental data with suitable informatics tools that will be useful  in various areas of professional practice such as authentication, dating, or identification of the preservation state of artworks.

 

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione:

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di:

- conoscere adeguatamente dei fenomeni di interazione di elettroni, protoni e raggi x con la materia e dei fenomeni di radioattività naturale.

- comprendere le 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;

- comprendere le modalità di funzionamento di strumentazione di laboratorio e delle relative tecniche sperimentali per la datazione di oggetti archeologici;

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di:

- valutare il volume di analisi in funzione del tipo di sonda utilizzata;

- effettuare misure di laboratorio con l'utilizzo di strumentazione moderna seguendo un adeguato protocollo sperimentale;

- caratterizzare un apparato per le radiografie e di effettuare radiografie digitali;

- interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione;

- redigere un resoconto scientifico in modo chiaro utilizzando una notazione scientifica corretta.

Knowledge and understanding:

At the end of the course the student will be able:

- to know the basic concepts regarding electron, proton and X-ray interaction with matter, and phenomena of natural decay;

- to understand the functionalities of laboratory equipment and of relevant experimental techniques that make use of electron, proton or X-ray beams for the characterization of materials of cultural heritage interest;

- to understand of the functionalities of laboratory equipment and of relevant experimental techniques for the dating of archaeological findings.


Applying knowledge and understanding:

At the end of the course the student will be able:

- to calculate the volume of analysis depending on the type of probe used

- to take experimental measurements, using modern instrumentation and adopting a suitable experimental protocol;

- to characterize a radiographic apparatus end to perform radiographies;

- to interpret the experimental data using a correct analysis;

- to write a clear scientific report, using correct scientific terminology

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Modalità di insegnamento

L'insegnamento comprende 56 ore di attività articolate in 40 ore di lezione frontale e 16 ore di esercitazione. Le esercitazioni consistono in attività svolte a gruppi in aula informatica, in laboratorio di fisica o presso centri esterni per il restauro; tutte le attività prevedono la partecipazione attiva dello studente nella raccolta ed elaborazione di dati, analisi e interpretazione dei dati.

The course is structured in lectures (40 h) and laboratory activities (16 h/student).Laboratory will be carried out at physics department or at restoration centers; all activities involve the active participation of the student in the collection and processing of data, analysis and interpretation of the data

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame consiste in un colloquio orale sugli argomenti oggetto delle lezioni e delle esercitazioni e nella discussione dei contenuti delle attività di laboratorio.

 The exam consists of an oral interview on the subjects covered by the lessons and exercises and in discussing the contents of the report on laboratory activities.

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Programma

PARTE 1 (2 CFU, Lo Giudice): tecniche di datazione basate sul decadimento nucleare (parte mutuata per il corso di Materiali e Metodi nei Beni Culturali della laurea triennale in Chimica e Tecnologie Chimiche, CHI0107).

Introduzione sulla radioattività e sulla struttura dei solidi:  isotopi e definizione di unità di massa, legge del decadimento radioattivo, tempo di dimezzamento e tempo di vita medio, decadimento alfa ,spettroscopia alfa, decadimento beta: beta-, beta+, cattura elettronica, decadimento gamma, conversione interna, definizione di dose di radioattività, radioattività ambientale. Tecniche di datazione: metodo del radiocarbonio, metodo della termoluminescenza. Per tutte le tecniche illustrate saranno presentati casi di studio su oggetti di interesse storico-artistico.

PARTE 2 (3 CFU, Lo Giudice): tecniche di analisi che fanno uso di sonde di protoni, ioni e raggi x.

Sezione d'urto. Interazione di fasci di protoni e ioni elio con la materia: perdita di energia per ionizzazione ed equazione di Bethe-Block, picco di Bragg, range, straggling, uso del programma SRIM. Interazione di fasci di elettroni con la materia: 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, 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

Applicazione ai beni culturali di tecniche di analisi che fanno uso di radiazioni ionizzanti: sonda di elettroni (SEM-EDX, catodoluminescenza), ioni (PIXE, PIGE, RBS) e raggi x (XRF). Tecniche di imaging con raggi x: radiografie e tomografie. Per tutte le tecniche illustrate saranno presentati casi di studio su oggetti di interesse storico-artistico.

PARTE 3 (1 CFU, Re): laboratorio

L'attività di laboratorio si articolerà in esercitazioni su alcuni dei seguenti argomenti: misure di termoluminescenza, studio del decadimento di un radioisotopo, radiografie, XRF, SEM.

PART 1 (2 CFU, Lo Giudice): dating techniques based on nuclear decay.

Introduction to radioactivity and solid structure: isotopes and mass unit definition, radioactive decay law, half-life and average life time, alpha decay, alpha spectroscopy, beta decay: beta-, beta +, electronic capture, gamma decay , Internal conversion, dose, environmental radioactivity. Dating techniques: radiocarbon method, thermoluminescence method. For all techniques illustrated, case studies will be presented on objects of historical-artistic interest.


PART 2 (3 CFU, Lo Giudice): analytical techniques using proton, ion and x-ray probes.

Cross section. Interaction of proton beams and helium ions with matter: energy loss for ionization and Bethe-Block equatio, Bragg peak, range, straggling, use of SRIM program. Interaction of electron beams with matter: energy loss for irradiation, range, use of the CASINO program. Comparison between electron beams and ions. Secondary Fluorescence and Auger Effect. X-ray interaction with matter: atomic interaction, photoelectric effect, Compton effect, Rayleigh effect, pairs creation, Lamber-Beer law, linear and mass attenuation coefficient, compound attenuation coefficient and materials of historical interest -artistic
Application to cultural heritage using ionizing radiation techniques: electron probe (SEM-EDX, cathodoluminescence), ions (PIXE, PIGE, RBS) and x-ray (XRF). X-ray Imaging Techniques: X-rays and Tomographs. For all techniques illustrated, case studies will be presented on objects of historical-artistic interest.

PART 3 (1 CFU, Re): Laboratory

The laboratory activity will be divided into exercises on some of the following topics: thermoluminescence measurements, radioisotope decay study, radiographs, XRF, SEM.

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Testi consigliati e bibliografia

Materiale didattico di riferimento: le slide delle lezioni, arricchite con testo e commenti, sono scaricabili dal sito.

The slides shown in the classroom lectures, with some comments and details, are available for downloading.

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Orario lezioni

Lezioni: dal 02/10/2017 al 08/06/2018

Nota: Per l'orario dettagliato delle lezioni consultare la pagina "Orario Lezioni"
http://stmateriali.campusnet.unito.it/do/lezioni.pl

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Ultimo aggiornamento: 19/01/2018 12:08
Location: https://stmateriali.campusnet.unito.it/robots.html
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