Lo studente dovrà conoscere i fondamenti di elettromagnetismo e struttura della materia.

Il corso consiste in lezioni teoriche e numerose esperienze di laboratorio che mirano a fornire allo studente conoscenze specialistiche delle tecniche di spettrometria di massa per la misura degli isotopi stabili e radioattivi. Comprende anche le techiche IBA (Ion Beam Analysis) per lo studio di vari tipologie di materiali di interesse dei beni culturali, dell'ambiente, della biologia e della medicina.

Gli obiettivi formativi del Corso sono quelli di fornire allo studente i fondamenti delle tecniche di spettrometria di massa isotopica e di spettrometria di massa con acceleratore per la misura degli isotopi stabili e radioattivi. Include le tecniche di analisi con fasci ioni e numerose applicazioni in vari campi di ricerca.

Il corso consisterà di lezioni teoriche in aula integrate da numerose esperienze effettuate nei laboratori del CEDAD - Centro di Fisica Applicata, DAtazione e Diagnostica.

L'esame consisterà in un elaborato scritto e in una presentazione tenuta dallo studente su uno degli argomenti del corso.

Le date degli appelli sono disponibili sul portale degli studenti.

TECNICHE DI SPETTROMERIA DI MASSA

La scoperta degli isotopi. Isotopi stabili e radioattivi. Legge del decadimento radioattivo. Modelli atomici. Determinazione delle masse isotopiche e delle abbondanze. Spettrometri di massa. Rapporti isotopici in natura. Processi di separazione isotopica. Stabilità del nucleo. rapporto neutroni-protoni. Difetto di massa. Energia di legame. Raggio nucleare.

DECADIMENTO RADIOATTIVO

Decadimento alfa. Decadimento Beta. Decadimento gamma. Cattura elettronica. Generatori di radioisotopi. Radionuclidi in natura. Radionuclidi cosmogenici. radionuclidi primordiali. Effetti antropogenici. Radio e radon nell'ambiente. Traccianti radioattivi. Tecniche di misura del radon.

SPETTROMETRIA DI MASSA CON ACCELERATORE (AMS)

Tecniche di datazione. Il radiocarbonio. Il bomb peak.  Preparazione dei campioni per AMS. Altri isotopi radioattivi di interesse geologico e ambientale. Acceleratori tandem. generatori di Cockcroft-Walton.  Stripping di carica. Dissociazione isobarica. Coppe di Faraday. Rivelatori a ionizzazione. Fondamenti di radioprotezione.

SPETTROMETRIA DI MASSA DI ISOTOPI STABILI (IRMS)

Isotope Ratio Mass Spectrometry. Frazionamento isotopico. Analizzatore elementare. Il Sistema DELTA-V. Il sistema GASBENCH.

Applicazioni degli isotopi all'archeologia, Ambiente, scienze alimentari e  alle scienze forensi. 

TECNICHE DI ANALISI NUCLEARE

Interazione delle particelle cariche con la materia. Cross section, energy loss e range. La tecnica PIXE (Particle Induced X-ray Emission). La tecnica PIGE (Particle Induced Gamma-ray, Emission). La tecnica RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry). Channeling. ERDA. NRA (Nuclear Reaction Analysis). STIM (Scanning Transmission Ion Microscopy). La tecnica XRF. Microanalisi a raggi X.

ACCELERATORI DI PARTICELLE

Vari tipi di acceleratore.  Stabilizzazione del fascio. Calibrazione in energia. Influenza dei parametri dle fascio. Interazione ione-superficie. Fattori che influenzano la risoluzione. Il microfascio nucleare. Analisi degli elementi in tracce. Focalizzazione del fascio. Aberrazioni. Sistema di scansione. Sistema di acquisizione.

Applicazioni alla Scienza dei Materiali, ai beni culturali, all'ambientale. alla medicina e alla farmacologia. Applicazioni alle scienze forensi.

Radiochemistry and Nuclear Chemistry, G. Choppin, J. Liljenzin, J. Rydberg

Atoms, Radiation and Radiation Protection, J.E. Turner

Backscattering Spectrometry, W. Chu, J.W. Mayer, M. Nicolet

Nuclear Microprobes in the Life Sciences, Y. Llabador, P. Moretto

Mass Spectrometry: principles and applications, E. Hoffmann, V. Stroobant

Fundamentals of surface and thin film analysis, L.C. Feldman, J.W. Mayer

Radioactivity, M. L'Annunziata

Living with Radiation, P. Frame and W. Kolb

Radiation detection and measurements, F. Knoll