Spectrum reconstruction from a scattering measurement using the adjoint Boltzmann transport equation for photons

Quality control of medical radiological systems is of fundamental importance, and requires efficient methods for accurately determine the X-ray source spectrum. Straightforward measurements of X-ray spectra in standard operating require the limitation of the high photon flux, and therefore the measure has to be performed in a laboratory. However, the optimal quality control requires frequent in situ measurements which can be only performed using a portable system. To reduce the photon flux by 3 magnitude orders an indirect technique based on the scattering of the X-ray source beam by a solid target is used. The measured spectrum presents a lack of information because of transport and detection effects. The solution is then unfolded by solving the matrix equation that represents formally the scattering problem. However, the algebraic system is ill-conditioned and, therefore, it is not possible to obtain a satisfactory solution. Special strategies are necessary to circumvent the ill-conditioning. Numerous attempts have been done to solve this problem by using purely mathematical methods. In this thesis, a more physical point of view is adopted. The proposed method uses both the forward and the adjoint solutions of the Boltzmann transport equation to generate a better conditioned linear algebraic system. The procedure has been tested first on numerical experiments, giving excellent results. Then, the method has been verified with experimental measurements performed at the Operational Unit of Health Physics of the University of Bologna. The reconstructed spectra have been compared with the ones obtained with straightforward measurements, showing very good agreement.

Fast and accurate numerical solutions in some problems of particle and radiation transport: synthetic acceleration for the method of short characteristics, Doppler-broadened scattering kernel, remote sensing of the cryosphere

The aim of this work is to present various aspects of numerical simulation of particle and radiation transport for industrial and environmental protection applications, to enable the analysis of complex physical processes in a fast, reliable, and efficient way. In the first part we deal with speed-up of numerical simulation of neutron transport for nuclear reactor core analysis. The convergence properties of the source iteration scheme of the Method of Characteristics applied to be heterogeneous structured geometries has been enhanced by means of Boundary Projection Acceleration, enabling the study of 2D and 3D geometries with transport theory without spatial homogenization. The computational performances have been verified with the C5G7 2D and 3D benchmarks, showing a sensible reduction of iterations and CPU time. The second part is devoted to the study of temperature-dependent elastic scattering of neutrons for heavy isotopes near to the thermal zone. A numerical computation of the Doppler convolution of the elastic scattering kernel based on the gas model is presented, for a general energy dependent cross section and scattering law in the center of mass system. The range of integration has been optimized employing a numerical cutoff, allowing a faster numerical evaluation of the convolution integral. Legendre moments of the transfer kernel are subsequently obtained by direct quadrature and a numerical analysis of the convergence is presented. In the third part we focus our attention to remote sensing applications of radiative transfer employed to investigate the Earth's cryosphere. The photon transport equation is applied to simulate reflectivity of glaciers varying the age of the layer of snow or ice, its thickness, the presence or not other underlying layers, the degree of dust included in the snow, creating a framework able to decipher spectral signals collected by orbiting detectors.

La città di Bologna e la sua storia: diffusione e condivisione delle conoscenze attraverso Webgis open source e Web Mapping

To understand a city and its urban structure it is necessary to study its history. This is feasible through GIS (Geographical Information Systems) and its by-products on the web. Starting from a cartographic view they allow an initial understanding of, and a comparison between, present and past data together with an easy and intuitive access to database information. The research done led to the creation of a GIS for the city of Bologna. It is based on varied data such as historical map, vector and alphanumeric historical data, etc.. After providing information about GIS we thought of spreading and sharing the collected data on the Web after studying two solutions available on the market: Web Mapping and WebGIS. In this study we discuss the stages, beginning with the development of Historical GIS of Bologna, which led to the making of a WebGIS Open Source (MapServer and Chameleon) and the Web Mapping services (Google Earth, Google Maps and OpenLayers).

Atmospheric radiative transfer in multiple scattering conditions. Application to NWP models.

High spectral resolution radiative transfer (RT) codes are essential tools in the study of the radiative energy transfer in the Earth atmosphere and a support for the development of parameterizations for fast RT codes used in climate and weather prediction models. Cirrus clouds cover permanently 30% of the Earth's surface, representing an important contribution to the Earth-atmosphere radiation balance. The work has been focussed on the development of the RT model LBLMS. The model, widely tested in the infra-red spectral range, has been extended to the short wave spectrum and it has been used in comparison with airborne and satellite measurements to study the optical properties of cirrus clouds. A new database of single scattering properties has been developed for mid latitude cirrus clouds. Ice clouds are treated as a mixture of ice crystals with various habits. The optical properties of the mixture are tested in comparison to radiometric measurements in selected case studies. Finally, a parameterization of the mixture for application to weather prediction and global circulation models has been developed. The bulk optical properties of ice crystals are parameterized as functions of the effective dimension of measured particle size distributions that are representative of mid latitude cirrus clouds. Tests with the Limited Area Weather Prediction model COSMO have shown the impact of the new parameterization with respect to cirrus cloud optical properties based on ice spheres.

Il dominio romano in Dalmatia: diffusione del modello urbano e culturale

I viaggi e gli studi compiuti in Croazia, Montenegro e Bosnia Erzegovina in occasione della Tesi di Laurea hanno costituito l’occasione per comprendere quanto sia consistente il retaggio di Roma antica sulla sponda orientale dell’Adriatico. Nello stesso tempo si è potuto constatare che, per diversi motivi, dal punto di vista prettamente scientifico, la ricchezza di questo patrimonio archeologico aveva sino allora trovato soltanto poche occasioni di studio. Da qui la necessità di provvedere a un quadro completo e generale relativo alla presenza romana in un territorio come quello della provincia romana di Dalmatia che, pur considerando la sua molteplicità geografica, etnica, economica, culturale, sociale e politica, ha trovato, grazie all’intervento di Roma, una sua dimensione unitaria, un comune denominatore, tanto da farne una provincia che ebbe un ruolo fondamentale nella storia dell’Impero. Il lavoro prende le mosse da una considerazione preliminare e generale, che ne costituisce quasi lo spunto metodologico più determinante: la trasmissione della cultura e dei modelli di vita da parte di Roma alle altre popolazioni ha creato un modello in virtù del quale l’imperialismo romano si è in certo modo adattato alle diverse culture incontrate ed assimilate, dando vita ad una rete di culture unite da elementi comuni, ma anche profondamente diversificate per sintesi originali. Quella che pare essere la chiave di lettura impiegata è la struttura di un impero a forma di “rete” con forti elementi di coesione, ma allo stesso tempo dotato di ampi margini di autonomia. E questo a cominciare dall’analisi dei fattori che aprirono il cammino dell’afflusso romano in Dalmatia e nello stesso tempo permisero i contatti con il territorio italico. La ricerca ne analizza quindi i fattori:il diretto controllo militare, la costruzione di una rete viaria, l’estensione della cittadinanza romana, lo sviluppo della vita locale attraverso la formazione di una rete di municipi, i contatti economici e l’immigrazione di genti romanizzate. L’analisi ha posto in evidenza una provincia caratterizzata da notevoli contraddizioni, che ne condizionarono – presso entrambi i versanti del Velebit e delle Alpi Dinariche – lo sviluppo economico, sociale, culturale e urbanistico. Le profonde differenze strutturali tra questi due territori rimasero sempre presenti: la zona costiera divenne, sotto tutti i punti di vista, una sorta di continuazione dell’Italia, mntre quella continentale non progredì di pari passo. Eppure l’influenza romana si diffuse anche in questa, così che essa si pote conformare, in una certa misura, alla zona litoranea. Come si può dedurre dal fatto che il severo controllo militare divenne superfluo e che anche questa regione fu dotata progressivamente di centri amministrati da un gruppo dirigente compiutamente integrato nella cultura romana. Oltre all’analisi di tutto ciò che rientra nel processo di acculturazione dei nuovi territori, l’obiettivo principale del lavoro è l’analisi di uno degli elementi più importanti che la dominazione romana apportò nei territori conquistati, ovvero la creazione di città. In questo ambito relativamente periferico dell’Impero, qual è il territorio della provincia romana della Dalmatia, è stato dunque possibile analizzare le modalità di creazione di nuovi centri e di adattamento, da parte di Roma, ai caratteri locali dell’insediamento, nonché ai condizionamenti ambientali, evidenziando analogie e differenze tra le città fondate. Prima dell’avvento di Roma, nessuna delle regioni entrate a far parte dei territori della Dalmatia romana, con la sola eccezione della Liburnia, diede origine a centri di vero e proprio potere politico-economico, come ad esempio le città greche del Mediterraneo orientale, tali da continuare un loro sviluppo all’interno della provincia romana. In altri termini: non si hanno testimonianze di insediamenti autoctoni importanti che si siano trasformati in città sul modello dei centri provinciali romani, senza aver subito cambiamenti radicali quali una nuova pianificazione urbana o una riorganizzazione del modello di vita locale. Questo non significa che la struttura politico-sociale delle diverse tribù sia stata cambiata in modo drastico: almeno nelle modeste “città” autoctone, nelle quali le famiglie appaiono con la cittadinanza romana, assieme agli ordinamenti del diritto municipale, esse semplicemente continuarono ad avere il ruolo che i loro antenati mantennero per generazioni all’interno della propria comunità, prima della conquista romana. Il lavoro mette compiutamente in luce come lo sviluppo delle città nella provincia abbia risentito fortemente dello scarso progresso politico, sociale ed economico che conobbero le tribù e le popolazioni durante la fase pre-romana. La colonizzazione greca, troppo modesta, non riuscì a far compiere quel salto qualitativo ai centri autoctoni, che rimasero sostanzialmente privi di concetti basilari di urbanistica, anche se è possibile notare, almeno nei centri costieri, l’adozione di tecniche evolute, ad esempio nella costruzione delle mura. In conclusione questo lavoro chiarisce analiticamente, con la raccolta di un’infinità di dati (archeologici e topografici, materiali ed epigrafici, e desunti dalle fonti storiche), come la formazione della città e l’urbanizzazione della sponda orientale dell’adriatico sia un fenomeno prettamente romano, pur differenziato, nelle sue dinamiche storiche, quasi caso per caso. I dati offerti dalla topografia delle città della Dalmatia, malgrado la scarsità di esempi ben documentati, sembrano confermare il principio della regolarità degli impianti urbani. Una griglia ortogonale severamente applicata la si individua innanzi tutto nelle città pianificate di Iader, Aequum e, probabilmente, anche a Salona. In primis nelle colonie, quindi, ma non esclusivamente. Anche numerosi municipi sviluppatisi da insediamenti di origine autoctona hanno espresso molto presto la tendenza allo sviluppo di un sistema ortogonale regolare, se non in tutta l’area urbana, almeno nei settori di più possibile applicazione. Ne sono un esempio Aenona, Arba, Argiruntum, Doclea, Narona ed altri. La mancanza di un’organizzazione spaziale regolare non ha tuttavia compromesso l’omogeneità di un’attrezzatura urbana tesa alla normalizzazione, in cui i componenti più importanti, forum e suoi annessi, complessi termali, templi dinastici e capitolia, si avviano a diventare canonici. Le differenze più sensibili, che pure non mancano, sembrano dipendere dalle abitudini delle diverse etnie, dai condizionamenti topografici e dalla disponibilità finanziaria dei notabili. Una città romana non può prendere corpo in tutta la sua pienezza solo per la volontà del potere centrale. Un progetto urbanistico resta un fatto teorico finché non si realizzano le condizioni per cui si fondano due fenomeni importantissimi: uno socio-culturale, che consiste nell’emergenza di una classe di notabili “fortunati” desiderosi di dare a Roma dimostrazioni di lealtà, pronti a rispondere a qualsiasi sollecitazione da parte del potere centrale e addirittura ad anticiparlo; l’altro politico-amministrativo, che riguarda il sistema instaurato da Roma, grazie al quale i suddetti notabili possono godere di un certo potere e muoversi in vista della promozione personale nell’ambito della propria città. Aiuti provenienti dagli imperatori o da governatori provinciali, per quanto consistenti, rimangono un fatto non sistematico se non imprevedibile, e rappresentano comunque un episodio circoscritto. Anche se qualche città risulta in grado di costruire pecunia publica alcuni importanti edifici del quadro monumentale, il ruolo del finanziamento pubblico resta relativamente modesto. Quando la documentazione epigrafica esiste, si rivela che sono i notabili locali i maggiori responsabili della costruzione delle opere pubbliche. Sebbene le testimonianze epigrafiche siano scarse e, per la Dalmatia non sia possibile formulare un quadro completo delle committenze che favorirono materialmente lo sviluppo architettonico ed artistico di molti complessi monumentali, tuttavia è possibile osservare e riconoscere alcuni aspetti significativi e peculiari della provincia.

La città che cambia: la diffusione urbana. Mobilità residenziale e stili di vita emergenti nel Comune di Argelato (Bologna)

Il presente lavoro di ricerca ha per oggetto il tema della diffusione urbana. Dopo una breve ricostruzione delle varie definizioni presenti in letteratura sul fenomeno - sia qualitative che quantitative - e una descrizione dei limiti di volta in volta presenti all’interno di tali definizioni, si procede con la descrizione dell’evoluzione storica dello sprawl urbano all’interno del mondo occidentale. Una volta definito e contestualizzato storicamente l’oggetto della ricerca, ne vengono analizzate le cause e il complesso sistema di conseguenze che tale fenomeno urbano porta con sé. Successivamente vengono presentate le principali teorie sociologiche attraverso le quali può essere interpretato il fenomeno dello sprawl urbano e vengono descritte le varie forme con cui si può esprimere lo sprawl urbano: non esiste infatti uniformità tra i vari paesaggi suburbani, ma una grande diversità interna alle varie forme in cui si manifesta il fenomeno della dispersione insediativa. Se quanto finora esaminato, soprattutto a livello bibliografico, è riconducibile alla letteratura nordamericana, arrivati a questo punto del lavoro, l’attenzione viene spostata sul continente europeo, prendendo in esame l’emergere del periurbano all’interno del nostro continente e tentando di descrivere sia le contiguità che le differenze tra il fenomeno dell’urban sprawl e quello del periurbano. Infine, adottando un procedimento “ad imbuto”, il lavoro si sofferma sulla situazione del nostro paese in merito alla tematica in questione. L’ultima sezione della ricerca prevede una parte di lavoro empirico. Se, come è emerso nel quadro teorico, molti sono gli elementi che caratterizzano il tema dello sprawl urbano e del periurbano, si è voluto andare a verificare se, ed eventualmente quali, degli elementi descritti, sono presenti in un’area ben delimitata del territorio bolognese, per cercare di capire se si possa parlare di un “periurbano bolognese” e quali caratteristiche esso presenti.

Iterative regularization methods for ill-posed problems

This Ph.D thesis focuses on iterative regularization methods for regularizing linear and nonlinear ill-posed problems. Regarding linear problems, three new stopping rules for the Conjugate Gradient method applied to the normal equations are proposed and tested in many numerical simulations, including some tomographic images reconstruction problems. Regarding nonlinear problems, convergence and convergence rate results are provided for a Newton-type method with a modified version of Landweber iteration as an inner iteration in a Banach space setting.

La migrazione del chagas: Costruzione bio-medica e socio-politica delle malattie tropicali dimenticate

Questo studio propone un'esplorazione dei nessi tra processi migratori ed esperienze di salute e malattia a partire da un'indagine sulle migrazioni provenienti dall'America latina in Emilia-Romagna. Contemporaneamente indaga i termini del dibattito sulla diffusione della Malattia di Chagas, “infezione tropicale dimenticata” endemica in America centro-meridionale che, grazie all'incremento dei flussi migratori transnazionali, viene oggi riconfigurata come 'emergente' in alcuni contesti di immigrazione. Attraverso i paradigmi teorico-metodologici disciplinari dell'antropologia medica, della salute globale e degli studi sulle migrazioni, si è inteso indagare la natura della relazione tra “dimenticanza” ed “emergenza” nelle politiche che caratterizzano il contesto migratorio europeo e italiano nello specifico. Si sono analizzate questioni vincolate alla legittimità degli attori coinvolti nella ridefinizione del fenomeno in ambito pubblico; alle visioni che informano le strategie sanitarie di presa in carico dell'infezione; alle possibili ricadute di tali visioni nelle pratiche di cura. Parte della ricerca si è realizzata all'interno del reparto ospedaliero ove è stato implementato il primo servizio di diagnosi e trattamento per l'infezione in Emilia-Romagna. È stata pertanto realizzata una etnografia fuori/dentro al servizio, coinvolgendo i principali soggetti del campo di indagine -immigrati latinoamericani e operatori sanitari-, con lo scopo di cogliere visioni, logiche e pratiche a partire da un'analisi della legislazione che regola l'accesso al servizio sanitario pubblico in Italia. Attraverso la raccolta di narrazioni biografiche, lo studio ha contribuito a far luce su peculiari percorsi migratori e di vita nel contesto locale; ha permesso di riflettere sulla validità di categorie come quella di “latinoamericano” utilizzata dalla comunità scientifica in stretta correlazione con il Chagas; ha riconfigurato il senso di un approccio attento alle connotazioni culturali all'interno di un più ampio ripensamento delle forme di inclusione e di partecipazione finalizzate a dare asilo ai bisogni sanitari maggiormente percepiti e alle esperienze soggettive di malattia.

Presenza e diffusione della Leishmaniosi e dei suoi vettori in provincia di Rieti

Nel presente studio ci si è proposti di valutare la presenza e diffusione della leishmaniosi in una provincia dell’Italia centrale (Rieti) che, per caratteristiche ambientali (prevalentemente montuosa, clima freddo-secco) poco sembra prestarsi al ciclo della malattia. A questo scopo sono stati calcolati: i) sieroprevalenza grezza nella popolazione canina (2006-2013) e prevalenza media annuale ii) casi di leishmaniosi viscerale (LV) e cutanea (LC) (2000-2013). Catture di flebotomi sono state effettuate per due stagioni consecutive (2011-2012) per ogni sito sono stati registrati i dati climatici (temperatura, umidità etc.) ed altitudine. I flebotomi sono stati sottoposti a ricerca di Leishmania mediante PCR. La sieroprevalenza grezza per leishmania varia da 0 a 76,9% e la prevalenza media annuale non presenta un trend lineare. Sono stati registrati 6 casi di LV tutti in pazienti italiani tutti residenti in provincia di Rieti. I flebotomi sono stati rilevati in 5 dei 6 siti monitorati fino agli 800 m s.l.m., seppur con basse densità. Sono state identificate le seguenti specie: P. perniciosus (6,4 %), P. perfiliewi (1,8%), P. mascittii (0,1%) e S. minuta (91,7 %). E’ stata rilevata una correlazione statisticamente significativa (r=0,69, p<0,001) tra numero di flebotomi e temperatura giornaliera (Tmed°C) ed una correlazione negativa significativa (r= -0,51, p<0,05) con l’umidità relativa (Umed%). La ricerca di leishmania ha dato esito negativo in tutti i flebotomi analizzati. Questi rilievi suggeriscono l’endemia della leishmaniosi nella provincia di Rieti.

Tipologia e diffusione delle produzioni ceramiche in Romagna tra XIII e XV secolo

In questo lavoro si è avuta la possibilità di studiare e confrontare i reperti ceramici provenienti da tre recenti scavi condotti nella zona della Romagna dall’Università di Bologna: il monastero di San Severo a Classe (RA), il castello di Rontana (Brisighella-RA) e la pieve di S. Reparata a Terra del Sole (FC). Si tratta di scavi ancora inediti differenti tra loro sia per connotazione distrettuale di appartenenza che per tipologia insediativa La cesura cronologica che si è preso in esame va dal XIII a XV secolo. Il XIII secolo corrisponde a un periodo in cui si assiste ad una riapertura dei trasporti a lunga distanza e si diffonde la tendenza al trasferimento dei saperi tecnici da Oriente verso Occidente, fenomeno che include l’introduzione di nuove tecnologie produttive in campo ceramico come l’ingobbio e la maiolica in diversi centri urbani. Si passa poi attraverso il XIV secolo, momento in cui alcune produzioni, come quella della maiolica, raggiungono la loro massima diffusione, con una diversificazione qualitativa dei prodotti, raggiungendo anche l’ambito rurale, e si assiste alla moltiplicazione dei centri di produzione. Si arriva così al XV secolo periodo in cui iniziano ad affermarsi dei veri e propri centri produttivi “industriali”, rappresentativi anche di una specializzazione regionale dei prodotti di qualità medio-alta. La possibilità di confrontare materiali di siti così differenti tra loro ha dato modo di sottolineare analogie e differenze anche tra città e campagna, in un territorio come quello romagnolo che ancora risente del peso della lunga tradizione antiquaria che ha caratterizzato gli studi fino al secolo scorso.