A) ALLA RICERCA DELLA MATERIA OSCURA

Tutor: Giuseppe Ruoso, Nicolò Crescini

B) ALLA SCOPERTA DEL NUCLEO ATOMICO:

L'ESPERIMENTO DI RUTHERFORD

(abbinato al tema C)

Tutor: José Javier Valiente Dobón, Daniele Mengoni,

Giorgia Pasqualato, Andres Illana Sisson, Irene Zanon, Daniele Brugnara

C) INFORMATICA E FISICA SPERIMENTALE

(abbinato al tema B)

Tutor: Gozzelino Andrea, Toniolo Nicola, Gulmini Michele

L’informatica-computer, software, reti di comunicazione, web, sistema di immagazzinamento dati, monitoraggio on line, gestione e programmazione di schede elettroniche – ha un ruolo di primo piano negli esperimenti di fisica. Il percorso prevede la presentazione degli scenari in cui l’elettronica e l'informatica collaborano con la fisica. L’oscilloscopio e i moduli elettronici sono utili nelle fasi di progettazione e allestimento di un esperimento. Il calcolatore è lo strumento principale per l'acquisizione, l'analisi e la costruzione della rappresentazione dei dati provenienti da un esperimento. Gli studenti in stage impareranno a trattare i segnali elettronici, gestiranno un sistema di acquisizione dati (DAQ) con trigger, provvederanno ad immagazzinare i dati su sistemi di memorizzazione permanente, analizzeranno e pubblicheranno i dati sperimentali raccolti, in un sito web da loro disegnato. Gli studenti lavoreranno in collaborazione con i colleghi del percorso di fisica nucleare sperimentale per svolgere un’esperienza con sorgenti α sull’interazione radiazione-materia e l’esperimento di Rutherford: lo studio dei fenomeni fisici, la preparazione dell'apparato sperimentale, la misura e l’interpretazione dei dati saranno svolti in comune. Si formerà così un gruppo di lavoro, come è nella realtà delle collaborazioni scientifiche di fisica sperimentale. Le misure presso la sala sperimentale dell’acceleratore AN2000 ai LNL occuperanno una giornata di tempo macchina. Il tema è integrato da aspetti di comunicazione scientifica.

ARGOMENTI da ripassare:

Concetti di base in informatica (linguaggi di programmazione, comprensione di manuali utenti);

Concetti di base in elettronica (segnali analogici e digitali, frequenza, ampiezza);

Concetti di base in statistica (distribuzioni di conteggi, media, mediana, deviazione standard, istogramma);

Concetti di base in fisica sperimentale (misura, incertezza di misura, unità di misura, errori sistematici);

Concetti di base in geometria e matematica (angoli, espressioni letterali e numeriche, grafici).

D) TRATTAMENTI DI SUPERFICI PER LA RICERCA E PER L'INDUSTRIA

Tutor: Pira Cristian, Azzolini Oscar, Stivanello Fabrizio, Zanotto Luca, Garcia Vanessa, Chyhyrynets Eduard, Kotliarenko Alisa, Andrii Tsymbaliuk, Sabrina Palazzese

Lo stage in trattamenti di superficie per la ricerca e l’industria intende illustrare agli studenti le principali tecniche utilizzate in ambito scientifico e industriale per la pulizia di superfici metalliche, la deposizione di film sottili funzionali e protettivi mediante tecniche PVD (physical vapour deposition) e la caratterizzazione superficiale con tecniche quali la diffrazione a raggi X e il microscopio a scansione elettronica. Gli studenti seguiranno un proprio progetto assisti da un tutor e al contempo potranno partecipare alle attività scientifico tecnologiche del servizio di scienza e tecnologia dei materiali per la fisica nucleare dei LNL.

ARGOMENTI da ripassare:

Concetti di base in fisica sperimentale (misura, incertezza di misura, unità di misura, errori sistematici);

Concetti di base in matematica (espressioni letterali e numeriche, grafici);

Concetti di base in chimica (nomenclatura IUPAC, reazioni chimiche).

E) TECNOLOGIE MECCANICHE: COSTRUZIONE DI UN SUPPORTO PER APPARECCHIATURA DI ACQUISIZIONE DI CAMPI MAGNETICI

 (abbinato al tema J)

Diego Giora, Alessandro Minarello, Enzo Bissiato

F)  LAVORO e SICUREZZA

Tutor: Sergio Sartor

La sicurezza sul lavoro è un punto cardine per ogni attività ed è oggetto di costante impegno per una piena tutela della salute, dell’integrità e della dignità della persona in ogni ambiente di lavoro. Gli studenti durante il loro periodo di stage impareranno a riconoscere ed identificare i rischi e i potenziali pericoli connessi con le varie attività lavorative all’interno del laboratorio. Apprenderanno le nozioni basi del “Testo Unico di salute e sicurezza sul lavoro", il quale si ripropone di costruire e diffondere la cultura della sicurezza e della prevenzione riservando ampio spazio a tutte le attività e iniziative che contribuiscono a promuovere nei lavoratori comportamenti responsabili improntati alla tutela non solo della propria incolumità ma anche di quella altrui e alla individuazione di strategie che concorrono ad un efficace contrasto del fenomeno degli infortuni sul lavoro.

ARGOMENTI da ripassare:

Conoscenze di base del Testo Unico di salute e sicurezza sul lavoro 81/2008 e s.m.i.

G) LOGICHE PROGRAMMABILI

Tutor: Marco Bellato, Stefano Pavinato

Lo percorso affronta l'implementazione di un sistema di acquisizione dati basato su FPGA, soffermandosi sul linguaggio VHDL (VHSIC Hardware Description Language, dove VHSIC è la sigla di Very High Speed Integrated Circuits) per la programmazione dell' FPGA medesima. L'applicazione principale dello stage è quindi lo sviluppo di un basilare sistema di controllo ed acquisizione dati per acceleratori di particelle con implementazione di circuiti di coincindenza e timing. Lo stage, dopo una parte introduttiva sull’elettronica digitale, si svolge in due fasi. La prima fase ha come obiettivo la programmazione dell’FPGA (in VHDL) per l'acquisizione dei segnali digitali e il processamento logico degli stessi. La seconda fase ha come obiettivo il trattamento di flussi di dati attraverso protocollo di comunicazione seriale tra FPGA e PC. Le attività sono inquadrate nel reparto controlli dei fasci accelerati.

ARGOMENTI da ripassare:

Elementi base di programmazione (C++ o Python)

Concetti di base in elettronica digitale

H) CELLULE e RADIAZIONI

Tutor: Roberto Cherubini, Viviana De Nadal

Il percorso si divide nelle unità didattiche seguenti, afferenti alla fisica e alla biologia:

1) Elementi di fisica delle radiazioni: struttura dell'atomo, decadimento radioattivo, sorgenti radioattive e acceleratori di particelle, interazione radiazione-materia con particolare riguardo alla materia vivente, rivelatori di radiazioni, cenni di dosimetria.

2) Elementi di biologia cellulare e molecolare: il DNA con cenni sui processi di replicazione, espressione genica e sua regolazione, tipi di danno e processi di riparazione, mutazioni.

3) Elementi di radiobiologia e applicazioni in campo bio-medico (radioterapia, radiodiagnostica) e in radioprotezione

4) Introduzione al laboratorio di biologia cellulare e molecolare.

5) Esperimenti di irraggiamento di colture cellulari con raggi gamma da sorgente di Cobalto-60 e con fasci di protoni forniti dall’acceleratore Van De Graaff CN: caratterizzazione fisica e dosimetrica dei fasci di radiazioni utilizzati; misure del danno indotto dalle radiazioni utilizzate nelle cellule in-vitro in funzione della dose e del tipo di radiazione, in termini di sopravvivenza (morte) cellulare e danno al DNA.

6) Analisi e Interpretazione dei dati

ARGOMENTI da ripassare:

Notazione scientifica; unità di misura; elementi di teoria degli errori

Elementi di base di fisica atomica e nucleare

Elementi di base di biologia cellulare, molecolare e genetica: proprieta' delle principali molecole biologiche; la cellula eucariotica: organizzazione strutturale, funzionale e metabolismo; ciclo cellulare; struttura del DNA.

Testi consigliati:

"Invito alla biologia - Biologia molecolare, genetica ed evoluzione" di Helena Curtis, Sue N. Barnes, Adriana Schnek, Graciela Flores

"Biologia. Le basi molecolari della vita e dell'evoluzione." di David Sadava, Craig H. Heller, Purves Hillis Orians

"Fisica. L'Amaldi per Licei Scientifici" di Ugo Amaldi (vol.3)

I) SORGENTI DI IONI PER ACCELERATORI

Tutor: Martini Denis, Alessio Galatà,

Carmelo Sebastiano Gallo, Guido Nigrelli

Lo stage si divide in due parti, una parte simulativa e una parte pratica di laboratorio. Nella prima parte, gli studenti studieranno e eseguiranno una simulazione elettromagnetica di una cavità risonante, all’interno della quale avviene la produzione di ioni per un acceleratore. Nella seconda parte, gli studenti dovranno lavorare sul banco sorgenti (preparazione della macchina, target, identificazione dei vari ioni prodotti, focalizzazione del fascio e utilizzo del programma labview).

ARGOMENTI da ripassare:

Concetti di base della fisica (campi elettrici e magnetici statici, campi elettrici e magnetici variabili nel tempo, circuiti RLC);

Concetti di base della programmazione ad oggetti;

Cenni di base delle sorgenti (simboli, cariche, elettroni, protoni, neutroni, ioni positivi e negativi).

J) METODI DI ACQUISIZIONE DATI

(abbinato al tema E e al tema K)

Tutor: Stefania Canella, Antonio Dainelli

Il percorso prevede la realizzazione di un sistema di acquisizione dati per segnali analogici nel range 0-5 V; la conversione in digitale con data logging su piattaforma Raspberry PI 3; l’analisi statistica dei dati; la presentazione di dati su server web. I dati saranno relativi a segnali da sensori a effetto Hall per la mappatura di campi magnetici statici.

ARGOMENTI da ripassare:

Elementi di base di elettromagnetismo.

Elementi di base di programmazione (C, C++, Python, PHP, HTML)

Metodi per la preparazione di un sito web.

La rappresentazione delle funzioni nel piano cartesiano.

Elementi di statistica.

K) RADIOATTIVITA' AMBIENTALE: MISURE SU RADON

(abbinato al tema J)

Tutor: Antonio Dainelli, Stefania Canella

Il radon è un gas naturale radioattivo  incolore, inodore e insapore. Appartiene al gruppo dei gas nobili e quindi è estremamente volatile e non reagisce con altri elementi. Deriva dalla catena di decadimento dell’uranio 238 e del radio 226, ha un tempo di dimezzamento di 3.82 giorni ed è presente in modo ubiquitario su tutta la terra. Il radon per le sue caratteristiche chimico-fisiche fuoriesce facilmente dal sottosuolo e si disperde rapidamente nell’atmosfera, ma tende ad accumularsi negli ambienti chiusi dove può raggiungere concentrazioni dannose per la salute umana.

Il radon è nocivo perché radioattivo: decadendo produce nell’aria elementi a loro volta radioattivi. Questi prodotti, non più gassosi e con emivita molto breve, si attaccano al pulviscolo e, se inalati, decadono all’interno dei polmoni emettendo radiazioni ionizzanti che producono un danno alle cellule bronco-polmonari che può evolversi in tumore. Per questo il radon è considerato dopo il fumo di sigaretta  la seconda causa di tumore al polmone ed alcuni studi evidenziano sinergie fra le due cause. L’OMS   (Organizzazione Mondiale Sanità) lo classifica nel gruppo 1: massima evidenza di cancerogenicità.Gli studenti prenderanno confidenza con un rivelatore attivo per il Radon e svilupperanno sulla piattaforma RaspBerry l’acquisizione e presentazione dei segnali prodotti dal rivelatore.Nei mesi precedenti lo stage gli studenti saranno dotati di rivelatori passivi da installare nelle proprie abitazioni. Durante le due settimane di stage gli studenti seguiranno una lezione frontale sul tema del Radon a cura di personale di ARPA Veneto.

ARGOMENTI da ripassare:

Introduzione alle tematiche del Radon e dei suoi prodotti di decadimento radioattivi.

Concetti di base in statistica (distribuzioni di conteggi, media, mediana, deviazione standard, istogramma)

Concetti di base in fisica sperimentale (misura, incertezza di misura, unità di misura, errori sistematici)

Concetti di base in edilizia e geologia

Documento ARPA Veneto

Opuscolo ARPA Veneto

L) CARATTERIZZAZIONE DI UNA SORGENTE DI RADIAZIONE

Tutor: Marco Cinausero, Tommaso Marchi,

Magda Cicerchia, Giorgia Mantovani

Utilizzo di strumenti per la misura di radiazione carica (particelle alfa) e neutra (raggi gamma e neutroni) al fine di caratterizzare una sorgente ignota.

Si vuole mostrare agli studenti come utilizzare i principali rivelatori della fisica nucleare (Scintillatori organici ed inorganici, Silici, rivelatori al Germanio) e come questi forniscano informazioni complementari tra loro. Si introducono concetti di base dei rivelatori di radiazione come risoluzione, efficienza.

ARGOMENTI da ripassare:

Nucleo atomico

Radioattività

Effetto fotoelettrico ed effetto Compton

Esperimento di Rutherford

Fondamenti di programmazione in informatica