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Laboratorio di tecnologie fisiche avanzate

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Laboratory of advanced technologies in Physics

Codice attività didattica
INT0904
Docenti
Luciano Ramello (Titolare del corso)
Daniele Panzieri (Titolare del corso)
Corso di studio
Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi
Anno
1° anno, 2° anno
Periodo
Terzo periodo didattico
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
Corsi di elettronica e di laboratorio della laurea triennale

Electronics and Physics Laboratory courses from the first three years

Propedeutico a
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

Acquisizione di competenze di laboratorio per la gestione di catene di misura basate su rivelatori di radiazione ed elettronica avanzata.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)

Il corso, presentando argomenti di tecnologie di fisica legate all'utilizzo di rivelatori di radiazione, permette di approfondire la conoscenza dei principi dell'Elettromagnetismo e della Fisica Quantistica.

Gli studenti devono poi comprendere le modalità di funzionamento delle strumentazioni di Laboratorio utilizzate, dei metodi di acquisizione dei dati e di analisi dei dati sperimentali proposti.

La necessità di analizzare i dati sperimentali e di redigere una relazione di laboratorio rafforza inoltre le competenze computazionali e informatiche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

L'attività di laboratorio sviluppa innanzitutto la capacità di effettuare misure di laboratorio in condizioni controllate e la capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica e/o elaborazione di immagini.

Inoltre l'attività di laboratorio permette di imparare ad affrontare i problemi in nuovi contesti e di comprendere nuovi problemi riconoscendone gli aspetti essenziali; permette infine di progettare studi sperimentali e di analizzarne i risultati.

Acquisition of laboratory skills in order to handle measurements based on radiation detectors and

advanced electronics.

Knowledge and understanding: This course, by covering topics of physics-based technologies linked to radiation detectors, allows students to deepen their knowledge of the principles of Electromagnetism and Quantum Physics.

Students must also understand the internals of laboratory instrumentation used and the experimental data acquisition and analysis methods proposed.

The task of analysing data and writing a report is also supposed to reinforce computational and information technology skills.

Applying Knowledge and understanding: The laboratory activity develops first of all the ability to conduct measurements under controlled conditions and the one of interpreting experimental data through a rigorous statistical and/or image elaboration technique.

Furthermore, the laboratory activity allows students to face problems in new contexts and to understand new problems recognizing their essential aspects; finally, it allows students to plan experimental studies and to analyse the results.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Alla fine del corso ci si attende che gli studenti siano in grado di progettare un esperimento e di analizzarne i risultati in contesti analoghi a quelli trattati durante la parte di laboratorio.

At the end of this course it is expected that students will be able to design an experiment and analyze the corresponding results in contexts similar to the ones treated during the laboratory sessions.

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Programma

1) Progettazione e prova di una catena di misura comprendente un rivelatore di particelle, una catena di amplificazione e un sistema di acquisizione dati. Misura di efficienza del rivelatore ed uso di emulatore di segnali (digital detector emulator) per lo studio delle caratteristiche della catena di acquisizione. Verranno sviluppati programmi per la gestione degli strumenti e per l’acquisizione dei dati.

2) Analisi di immagini ottenute con dosimetri passivi a tracce mediante l’uso del software ImageJ per la determinazione automatica dell’esposizione.

3) Esperienza con un generatore di raggi X e un rivelatore a stato solido per ottenere immagini radiografiche in scansione. In particolare verranno proposte: a) Misura del range dinamico; b) Misura del rapporto segnale/rumore (SNR); c) Misura della Modulation Transfer Function (MTF). L'analisi delle immagini verrà effettuata con il software ImageJ.

4) Esperienza sul trattamento (generazione e acquisizione) di segnali (elettrici, acustici) con utilizzo di LabVIEW e/o Arduino e con analisi dei segnali acquisiti mediante gnuplot o altri software.

1) Design and test of a chain including a particle detector, an amplification chain and a data acquisition system. Measurement of the efficiency of the detector and use of a digital detector emulator to evaluate the characteristics of the acquisition chain. Software for the control of the instrumentation and of the acquisition system will be developed.

2) Analysis of images collected with passive tracking dosimeter using the software ImageJ for the automatic determination of the exposition.

3) Experiment with X-ray generator and solid-state detector to obtain radiographic images in scanning mode. In particular the following will be proposed: a) Dynamic range measurement; b) Signal-to-noise ratio (SNR) measurement; c) Modulation Transfer Function (MTF) measurement. Images will be analysed with the ImageJ software.

4) Experiment on signal treatment (i.e. generation and acquisition), with electrical/acoustical signals, using LabVIEW and/or Arduino and analysis of acquired signals with gnuplot or other software.

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali per introdurre gli argomenti che saranno oggetto degli sviluppi e delle misure in laboratorio.
Attività di laboratorio a piccoli gruppi per sviluppare le tecniche di acquisizione dati e di analisi dei dati raccolti.

Lectures to introduce the topics developed later with experiment setting-up and measurements.
Laboratory work in small groups of students in  order to develop the data acquisition and analysis techniques required.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame tende ad accertare il possesso di competenze di laboratorio su rivelatori di radiazione ed elettronica avanzata. E’ richiesta una relazione scritta sulla parte svolta in laboratorio.

L'esame è costituito da una prova orale nella quale viene chiesto di affrontare due argomenti svolti in laboratorio, discutendo dal punto di vista fisico i risultati ottenuti e facendo riferimento alla trattazione esposta nelle lezioni introduttive.

SETTEMBRE 2020: l'esame si svolgerà a distanza in una data che verrà concordata con gli studenti.

The exam is meant to verify the student's competence about laboratory experiments with radiation detectors and advanced electronics. A laboratory written report is required.

The final exam consists of an oral discussion, in which the student is required to cover two of the topics developed in the laboratory sessions, discussing the results obtained from a physics viewpoint and making reference to the theory presented in the lectures.

SEPTEMBER 2020: the exam will be conducted online, the date will be agreed with the students.

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Attività di supporto

Tutto il materiale di supporto per il corso viene messo a disposizione degli studenti sulla pagina Moodle sul sito  https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/course/view.php?id=1202 (https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/)

All the supporting material for this course is made available to students on the Moodle page on the website https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/course/view.php?id=1202  (https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/)

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Testi consigliati e bibliografia

J. Millman, A. Grabel: "Microelectronics", 2nd ed., McGraw-Hill 1987;

Horowitz-Hill, The Art of Electronics (third edition), Cambridge University Press 2015 - ISBN: 9780521809269;

G. Knoll, "Radiation detection and measurement", 4th ed., Wiley and Sons 2010;

S. Amador Kane, Introduction to physics in modern medicine, CRC press 2009 [61 KAN2e];

A. Del Guerra (ed.), "Ionizing radiation Detectors for Medical Imaging", World Scientific 2004 [621.38:61 DEL].

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Note

Frequenza: obbligatoria per la parte di laboratorio.

Attendance is mandatory for the laboratory sessions.

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Moduli didattici

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Corsi che mutuano questo insegnamento

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Orario lezioniV

Lezioni: dal 19/04/2021 al 18/06/2021

Nota: Orario presunto, sulla base del 2019/20.

Registrazione
  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 17/04/2021 11:21
    Location: https://fisica-sc.campusnet.unito.it/robots.html
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