Fisica applicata

Argomenti di ricerca

Fisica Medica applicata alla Diagnostica e alla Terapia

M. Paganoni, A. Ghezzi, M. Pizzichemi

La Tomografia a Emissione di Positroni (Positron Emission Tomography, PET) è uno strumento di diagnostica medica con un vasto spettro di applicazioni, specialmente in campo oncologico, cardiologico e neurologico. L’attività del gruppo Bicocca si svolge all’interno della Crystal Clear Collaboration, costituita da 27 Laboratori e Centri di Ricerca universitari europei coordinati dal CERN. La ricerca è focalizzata sullo sviluppo di detector innovativi, in grado di migliorare la qualità delle immagini della diagnostica PET, svolgendo un ruolo di primo piano nel trasferimento tecnologico all’Imaging Medico dei rivelatori a scintillazione ultraveloci sviluppati per la Fisica delle Particelle. Attualmente, le attività si concentrano sul miglioramento delle prestazioni di risoluzione temporale degli scanner PET.

Fisica applicata all'Ambiente

PIGNOLETTO: Monitoraggio del territorio e agricoltura di precisione mediante sistemi a pilotaggio remoto

M. Clemenza, M. Paganoni, D. Pedrini, E. Di Stefano, E. Tarabini

PIGNOLETTO  è uno dei 33 progetti finanziati attraverso la 'Call Hub Ricerca e Innovazione', promossa da Regione Lombardia. E’ un progetto che coniuga diverse competenze presenti sul territorio – sia di ricerca che industriali – applicate al tema della sostenibilità.

Oggi avere a disposizione una conoscenza dettagliata delle caratteristiche del suolo può essere un alleato importantissimo per aumentare la qualità e l’efficienza delle coltivazioni (agricoltura di precisione), con un impatto positivo sulla riduzione dei costi e dell’impatto ambientale delle colture. Infatti gestire il suolo in base alle caratteristiche del terreno e della coltura, permette di dosare al meglio la lavorazione meccanica, la fertilizzazione, il diserbo, l’irrigazione e le risorse dedicate alla raccolta.

La sfida di PIGNOLETTO è quindi quella di raccogliere le caratteristiche di suolo ed incrociare tali informazioni per ottenere mappe di dettaglio molto più accurate di quelle attuali, e con possibilità di una maggior frequenza nella ripetizione dei rilievi. Se oggi tipicamente la cartografia di dettaglio raggiunge la scala di 1:50.000, per arrivare ad attuare al meglio l’agricoltura di precisione bisognerebbe avvicinarsi alla scala 1:1.000 – 1:2.000. Per ottenere questo è necessario un approccio nuovo, che è quello che PIGNOLETTO propone.

L’analisi delle caratteristiche dei suoli e dell’ambiente che il progetto vuole fornire è di tipo multi-scala e basato sulla combinazione di molteplici approcci e tecnologie:

  • Telerilevamento (satelliti, droni);
  • Rilevamento prossimale (rover);
  • Misure di campo;
  • Tecniche evolute di trattamento dei dati

L’implementazione ed il test di diverse tecnologie innovative, che spaziano dalla realizzazione di sensori aviotrasportati per esempio sensori ottici iperspettrali, multispettrali termici e per rivelazione di radiazioni ionizzanti di tipo gamma, alla elettronica specializzata per droni e satelliti, fino alla validazione in laboratorio delle misure effettuate da remoto, saranno elementi chiave per il successo del progetto.

Il risultato della unione di competenze presenti in Lombardia nei settori aerospazio ed agroalimentare, daranno vita a un HUB di competenze scientifiche, industriali e di tecnologie nel campo dello sviluppo e dell’utilizzo di sistemi di monitoraggio del territorio che vada dall’architettura di sistema fino al singolo payload di osservazione, mediante dispositivi a pilotaggio remoto. La sinergia tra due enti di ricerca e sei aziende del territorio - supportati anche da diversi dipartimenti dell'Università di Milano Bicocca - vuole essere un punto di forza per la attivazione di una piattaforma che permetterà di innescare un processo virtuoso di accrescimento tecnologico per il tessuto imprenditoriale, con risvolti positivi su sviluppo economico e sostenibilità territoriale. La flessibilità e la potenzialità di questo sistema sono molto ampie e può essere adattato ad esigenze effettive degli utenti finali, siano essi enti ed organismi pubblici o privati.

GLACIOLOGIA

G. Baccolo, E. Di Stefano, M. Clemenza

Lo studio degli elementi dispersi all’interno di carote di ghiaccio alpino ed antartico comporta strumentazione estremamente sensibile per la determinazione degli elementi in tracce: in questo contesto l’applicazione di tecniche nucleari quali l’attivazione neutronica, la spettrometria di massa, la spettrometria gamma e la scintillazione liquida, permettono di ottenere risultati molto rilevanti consentendo di studiare le aree sorgenti da cui le polveri disperse analizzate provengono, e la determinazione di orizzonti di riferimento peculiari dei maggiori eventi di dispersione di contaminanti radioattivi (3H e 137Cs) nell’ambiente (esplosioni nucleari del 1963 e Chernobyl 1986).

RADIOECOLOGIA

G. Baccolo, E. Di Stefano, M. Clemenza

L’analisi invece delle contaminazioni radioattive disperse nell’ambiente viene condotta attraverso misure di spettroscopia gamma con rivelatori al germanio: tale tecnica consente di analizzare i radionuclidi dispersi dal fall out generato dai test su ordigni nucleari, rilasci accidentali prodotti da centrali nucleari, come nel caso del recente rilascio prodotto dalla centrale nucleare di Fukushima o da incidenti in impianti di riprocessamento del combustibile.

Fisica applicata ai Beni Culturali

G. Gorini, M. Cataldo, R. Cattaneo, M. Clemenza, D. Di Martino, E. Fiorini, G. Marcucci

Tra le varie branche della fisica applicata, quella relativa ai beni culturali è storicamente presente in dipartimento.

Vengono utilizzate diverse tecniche di indagine, basate su metodi fisici, per esempio analisi per attivazione neutronica, spettrometria di massa (ICP-MS e TIMS), spettrometria alfa, beta e gamma, spettroscopie neutroniche (come diffrazione, imaging e cattura risonante). Le ricerche si concentrano sulla caratterizzazione di materiali di interesse storico-artistico, sia nei laboratori presenti in dipartimento sia in large scale facilities in Italia (LENA-UNIPV, LNGS-INFN) e all’estero (ISIS/RAL-UK, PSI-CH, BNC-H, ESS-S).

Si svolge attività di R&D in collaborazione con l’INFN ed in particolare con la rete dei beni culturali CHNET, di cui la sezione INFN di Milano Bicocca costituisce un nodo di primo livello.

Tramite l’esperimento CHNET_TANDEM sono in fase di implementazione due nuove tecniche analitiche: la spettrometria muonica (presso il laboratorio ISIS/RAL-UK) e l’analisi per attivazione neutronica prompt gamma (presso il LENA-UNIPV).

È in atto una collaborazione con il CNR – Istituto di Fisica dei Plasmi relativamente alla spettroscopia neutronica (referente Enrico Perelli Cippo) e collaboriamo con l’Università di Sassari per la caratterizzazione del sito archeologico S. Imbenia (M. Carpinelli, M. Rendeli, V. Sipala, P. Oliva).

Ciclo di seminari “Scienza e arte: femminili singolari”

Caratterizzazione di campi neutronici

D. Chiesa, M. Nastasi, E. Previtali, M. Sisti

Questa attività di ricerca è nata nell’ambito di un progetto finalizzato allo studio dei reattori nucleari a fissione, che ha portato alla completa modellizzazione della neutronica del reattore di ricerca TRIGA Mark II dell’Università di Pavia. Questo studio ha incluso anche l’analisi del bruciamento del combustibile nucleare presente in tale reattore, consentendo di individuare una riconfigurazione del nocciolo che rendesse più efficiente l’utilizzo del combustibile nucleare.

Tutto questo è stato possibile grazie allo sviluppo di modelli di simulazione Monte Carlo, accuratamente validati mediante misure sperimentali condotte presso il reattore di Pavia. A tal scopo, abbiamo messo a punto una tecnica sperimentale di caratterizzazione dei campi neutronici, basata su misure di attivazione (comprendenti l’irraggiamento di diversi campioni e la successiva analisi di spettroscopia gamma con rivelatori al germanio) e su un algoritmo Bayesiano che permette di stimare i flussi neutronici nelle varie regioni dello spettro energetico.

Questa tecnica è stata poi applicata per la caratterizzazione di altri campi neutronici, utilizzati per lo studio del danno da radiazione su dispositivi elettronici. In questo contesto, è necessario ricostruire le fluenze spettrali con elevata accuratezza al fine di stimare correttamente la dose impartita al dispositivo nei vari test di irraggiamento. In particolare, la tecnica di misura e di analisi bayesiana dei dati di attivazione neutronica, ha permesso di caratterizzare due facility di irraggiamento del reattore TRIGA RC-1 del centro ricerche di ENEA-Casaccia e due beamlines della sorgente a spallazione ISIS del Rutherford Appleton Laboratory (UK).

Laboratorio SOURIRE

G. Gorini, M. Clemenza, L. Vergani, S. Giunti

SOURIRE sarà destinato principalmente alla ricerca scientifica e prevede un’area attrezzata all’interno dell’edificio U19 per l'installazione di una sorgente di neutroni da 14 MeV.  Le applicazioni previste sono molteplici e vanno dallo sviluppo di nuovi metodi sperimentali per la rivelazione dei neutroni, alla calibrazione di rivelatori di neutroni, alla ricerca teorica e sperimentale sul comportamento termoidraulico di miscele bifase in tubi elicoidali, all’approccio multi-fisico alla modellizzazione di componenti per reattori nucleari, allo studio di flussi neutronici e sezioni d’urto per applicazioni con reattori di quarta generazione, alla caratterizzazione del contenuto elementare del particolato presente in carote di ghiaccio, all’implementazione, sviluppo e ottimizzazione di nuove tecniche di analisi non invasive e non distruttive da utilizzarsi in ambito archeometrico per la caratterizzazione elementale di manufatti.

Posizioni aperte