Trattamento plasma assistito di acqua con una sorgente Dielectric Barrier Discharge (DBD): analisi delle specie reattive prodotte e potere battericida

La proliferazione di batteri in liquido è una problematica che riguarda anche le acque di fiumi e mari. In questo progetto di tesi sperimentale si indagherà un trattamento plasma assistito diretto di acqua sintetica riprodotta in laboratorio con l’obiettivo di ottenere un effetto battericida sul liquido contaminato. L’acqua trattata verrà analizzata chimicamente, in particolare si andranno a misurare i TRO (Total Residual Oxidant, composti dell’ossigeno derivanti dalla parziale ozonizzazione dell’acqua) che dovranno essere presenti in quantità minori di 0,1 mg/l. Il dispositivo utilizzato per i test biologici è una sorgente di tipologia DBD (Dielectric Barrier Discharge) indiretto. Gli elettrodi della sorgente sono separati dal solo strato di materiale dielettrico e uno di questi è composto da una rete metallica in acciaio inossidabile. Il plasma si forma tra le maglie della rete e induce la formazione di specie reattive, radiazioni UV, particelle cariche, campi elettromagnetici e calore. Ciò che raggiunge la soluzione contaminata è l’afterglow del plasma, ovvero tutte le specie reattive a lunga vita prodotte dalla ionizzazione dell’aria e dalle radiazioni UV. La sorgente è stata dapprima caratterizzata elettricamente studiando le forme d’onda di tensione e corrente a determinate condizioni operative. Il liquido da trattare è contaminato con il batterio Escherichia coli. è emerso che in tutti i casi testati i livelli degli ossidanti sono entro il limite prestabilito di 0,1 mg/l. Il trattamento plasma in soli 10 secondi è responsabile di una decontaminazione parziale del batterio E. coli. Da ulteriori studi si potranno trovare delle condizioni tali da inattivare totalmente la carica batterica presente date le grandi potenzialità di questo trattamento.

Metodi di analisi dei dati relativi alla sostenibilità ed ai consumi energetici dell’ambiente costruito

Nell' elaborato vengono descritti gli studi conseguiti sia a livello internazionale che nazionale riguardanti la sostenibilità e i consumi energetici dell' ambiente costruito, passando dai problemi di occupazione, crescita economica e riduzione di emissioni di gas ad effetto serra, proseguendo poi con gli obiettivi da adottare in termini anche di circular economy e industria 4.0 per arrivare ad un unico grande scenario, ovvero quello della Riqualificazione Energetica degli Edifici.

Simulazione Monte Carlo del muon veto dell'esperimento XENON1T

Numerose osservazioni astrofisiche e cosmologiche compiute a partire dagli anni '30 confermano che circa il 26% dell'Universo è costituito da materia oscura. Tale materia ha la particolarità di interagire solo gravitazionalmente e, forse, debolmente: essa si presenta massiva e neutra. Tra le numerose ipotesi avanzate riguardanti la natura della materia oscura una delle più accreditate è quella delle WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). Il progetto all'avanguardia nella ricerca diretta delle WIMP è XENON presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). Tale esperimento è basato sulla diffusione elastica delle particelle ricercate su nuclei di Xeno: il rivelatore utilizzato è una TPC a doppia fase (liquido-gas). La rivelazione diretta di materia oscura prevede l'impiego di un rivelatore molto grande, a causa della piccola probabilità di interazione, e di ambienti a bassa radioattività naturale, per ridurre al minimo il rumore di fondo. Risulta necessario inoltre l'utilizzo di uno schermo attivo che individui particelle di alta energia, in particolare muoni cosmici, che possono produrre falsi segnali. È stato realizzato a tale scopo un sistema di Muon Veto composto da un grande cilindro d'acqua posto attorno alla TPC, equipaggiato con 84 fotorivelatori atti ad osservare i fotoni ottici emessi per effetto Čherenkov dai raggi cosmici. Il presente lavoro di tesi si colloca nell'ambito di un programma di simulazione Monte Carlo, creato per realizzare virtualmente l'esperimento XENON1T e per effettuare studi preliminari. Lo scopo di tale lavoro è stato quello di contribuire alla scrittura e alla verifica del codice di simulazione e allo studio di eventi di muoni cosmici da esso generati. L'analisi dati è stata effettuata scrivendo un programma in C++ in grado di analizzare i risultati forniti dal simulatore e di generare degli Event Display statici e dinamici per una visualizzazione efficace degli eventi.

Ottimizzazione di un sistema di calcolo Voxel dosimetry e implementazione di grandezze radiobiologiche per MRT

Il presente lavoro di tesi nasce in seguito all’esperienza di tirocinio svolta presso l’Arcispedale Santa Maria Nuova di Reggio Emilia. Fulcro di questo lavoro è lo sviluppo di un sistema di pianificazione della dose per il trattamento dei pazienti sottoposti a Molecular Radionuclide Therapy (MRT). Presso tale struttura ospedaliera è già stato sviluppato uno strumento che si appoggia all’ambiente di lavoro Matlab per il calcolo dosimetrico. Tale programma è chiamato VoxelMed. Si tratta di uno strumento di calcolo che lavora al così detto voxel-level, tecnica di sviluppo recente che permette il calcolo della dose assorbita all’interno di un paziente in modo più dettagliato rispetto ai metodi di calcolo basati unicamente sulla stima media per organo, tipicamente impiegati in dosimetria tradizionale. Parte del lavoro di tesi consiste nell’implementare nuove modalità di calcolo ed aggiungere ulteriori accorgimenti all’attuale versione di VoxelMed. In VoxelMed è stata poi integrata ex-novo una componente di calcolo di misure radiobiologiche, in particolare della BED. La dose assorbita non è infatti un parametro sufficiente per valutare gli effetti della radiazione sui tessuti, a parità di tipo ed energia della radiazione gli effetti possono essere molto variabili. La BED è il parametro che tiene conto della risposta del tessuto sano o cancerogeno alla radiazione. Parte del lavoro è stato svolto sperimentalmente, tramite misure con fantocci acquisiti o preparati ad hoc. In particolare si sono utilizzati diverse tipologie di fantocci, per effettuare protocolli di calibrazione dei sistemi di acquisizione, misure di curve di effetto di volume parziale e test finali di verifica. Per un ulteriore verifica delle prestazioni di calcolo si sono effettuate misurazioni su un gruppo di pazienti e si sono confrontati i risultati con quelli ottenuti dal software maggiormente utilizzato nella pratica clinica, OLINDA/EXM.

Anioni: particelle identiche e topologia in meccanica quantistica

Si espone la teoria quantistica non relativistica dei sistemi di particelle identiche, costruendo un opportuno spazio delle configurazioni la cui struttura è coerente con la loro indistinguibilità. Si impiegano nozioni di topologia algebrica per la formulazione di una meccanica quantistica su tale spazio, mostrando che in due dimensioni spaziali esiste una continuità di statistiche quantistiche. Le particelle con queste statistiche intermedie tra bosoni e fermioni sono chiamate anioni. Si illustra l'importanza che hanno assunto nella spiegazione dell'effetto Hall quantistico e nell'attuale ricerca sulla possibilità di creare un computer quantistico topologico.

Estrazione adiabatica di un fascio di particelle mediante modulazione di un kicker

Il lavoro qui proposto si sviluppa nelle seguenti parti: una breve analisi dei fenomeni coinvolti, quali la risonanza e l'invarianza adiabatica, quindi sarà studiato il problema dell'estrazione adiabatica di un fascio mediante un modello hamiltoniano semplificato che simula l'effetto di un kick dipolare.

Effetti del chitosano nella flottazione e stabilizzazione di mosti vinificati in bianco

Il mondo della produzione enologica è fortemente interessato all'individuazione di possibili alternative all'anidride solforosa, antiossidante usato in enologia che presenta problematiche di carattere allergenico ed igenico-sanitario. Tuttavia, il problema del controllo dell'ossidazione dei vini privi di anidride solforosa è una sfida tecnologica di grande complessità poichè i meccanismi ossidativi dipendono da numerosi fattori, tra i quali, la disponibilità d'ossigeno, la presenza di molecole polifenoliche, di metalli (Fe e/o Cu) ed altri composti costituvi dei vini. In questo lavoro si è voluto valutare l'effetto della combinazione tra l'approccio iperossidativo dei mosti e l'uso di chitosano, un polisaccaride di origine fungina, sull'evoluzione dei composti fenolici e fissi e dei paramentri ossidatividi vini ottenuti in assenza di SO₂. A tal fine, uve cv Sangiovese sono state ammostate secondo la tecnica della vinificazione in bianco e sottoposte a flottazione con aria in presenza di 80 g/HL di chitosano. Una tesi testimone è stata approntata predisponendo una vinificazione convenzionale, anch'essa flottata, aggiunta di 60 mg/L di SO₂ in cantina. In base ai dati ottenuti il KT ha mostrato un significativo effetto sul colore sia a seguito della flottazione che durante la stabilizzione e conservazione, attraverso due probabili meccanismi principali: 1. azione chelante sui metalli, che permette di proteggere il mosto durante la conservazione 2. effetto adsorbente del chitosano in grado di sequestrare i composti colorati bruni allontanandoli dalla massa. La flottazione tramite ossigeno e KT, ha permesso di influenzare considerevolmente il contenuto degli acidi organici. Attraverso le analisi condotte dei risultati ottenuti il chitosano dimostra di essere un potenziale valido sostituto all'anidride solforosa in enologia.

Analisi degli effetti dell’iniezione d’acqua mediante simulazione CFD in un motore GDI ad alta potenza specifica

Negli ultimi anni il panorama evolutivo delle normative omologative ha dettato una severa evoluzione dei limiti sulla concentrazione degli inquinanti gassosi allo scarico, inclusa la CO2 per ragioni legate all'effetto serra ed al contenimento dei consumi di fonti energetiche non rinnovabili. L'obiettivo di sviluppo dei nuovi motori a combustione interna è principalmente rivolto all'incremento dell'efficienza di conversione limitato da fenomeni di combustione anomala quali la detonazione. Per superare tale limite è necessario individuare nuove soluzioni che riducano il rischio di detonazione all'aumentare della potenza specifica del motore tra cui trova interesse l'iniezione d'acqua in fase liquida perché l'elevato calore latente di vaporizzazione può fornire il raffreddamento della miscela desiderato. Il progetto sviluppato in questa tesi consiste nella valutazione degli effetti dell'iniezione d'acqua in un motore ad accensione comandata ad alta potenza specifica al fine di analizzarne gli effetti termo-fluidodinamici e valutarne i possibili benefici e svantaggi. La metodica di ricerca è stata di tipo numerico tramite l'adozione della simulazione CFD tridimensionale. Dopo una valutazione preliminare dei tempi caratteristici evaporativi e del rischio di saturazione, lo sviluppo di questa tesi si è articolato in un confronto tra le due soluzioni tecnologiche disponibili, iniezione d'acqua diretta e indiretta, analizzando l'influenza dell'iniezione d'acqua sulle grandezze motoristiche di maggiore interesse, quali titolo della miscela, intensità di turbolenza e temperatura, la cui ottimizzazione e il cui controllo sono fondamentali per il raggiungimento della massima efficienza di un motore ad accensione comandata e per superare il limite della detonazione.

Studio idrogeologico ed isotopico (carbonio e cloro) del caso di inquinamento delle acque sotterranee da parte della discarica "I Tre Monti" (Bussi sul Tirino, Abruzzo).

Bussi Officine è tra i più antichi impianti petrolchimici italiani. I residui di produzione venivano sversati nella discarica I Tre Monti sin dagli anni '70. A circa 2 km di distanza dalla discarica si trova il campo pozzi di Colle S’Angelo, che ha erogato acqua potabile alla città di Pescara fino al 2007. Dal 1992, solventi clorurati sono stati sversati in concentrazioni che variavano nell'ordine di 1x10-1 ppb. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di effettuare uno studio piezometrico, sullo stato di contaminazione dell’area ed uno studio isotopico sulle unità acquifere contaminate. Nel 2017 è stato effettuato il campionamento delle acque sotterranee coinvolgendo 8 piezometri situati nelle zone di contaminazione più gravi applicandovi poi la tecnica CSIA per le analisi isotopiche sui contaminanti ed è stato rilevato il livello piezometrico dei piezometri insieme al livello idrico del fiume Pescara per ricostruire la relazione fiume-falda che è stata riscontrata su tutta l’area; l’andamento si presenta però differente: per gli acquiferi più superficiali si osserva un effetto alimentante del fiume rispetto alla falda; nel caso dell’acquifero più profondo, questo effetto è confermato solo nell’area della discarica, la falda diventa poi alimentante rispetto al fiume nei pressi del campo pozzi. I dati isotopici mostrano un trend verso l’arricchimento che aumenta con la distanza dalla zona sorgente di contaminazione, indice di un processo di degradazione attribuibile alle opere messe in atto per la Messa in Sicurezza d’Emergenza che nel tempo avrebbero causato una riduzione del flusso di ossigeno cambiando le condizioni redox, come testimoniano i valori fortemente negativi del potenziale. Per gli isotopi del cloro l’andamento è più complesso ed apparentemente anomalo rispetto al carbonio: il trend è in verso opposto con un progressivo impoverimento dalla zona sorgente, imputabile ad una possibile coesistenza di più processi provocati dalle opere costruite nel 2012.

Analisi climatologiche locali con dati convenzionali e dendrocronologici

L'obiettivo di questa tesi è quello di valutare se vi sono delle corrispondenze tra dati dendrocronologici e indici climatici su scala locale. Per procedere a questa analisi vengono introdotti i metodi utilizzati per il monitoraggio del sistema climatico e proposta una breve presentazione della dendrocronologia e degli strumenti di cui ci si avvale in questo campo. La corrispondenza dendroclimatologica su piccola scala è stata fatta tramite l'utilizzo dei dati convezionali (termometri, pluviometri) e dati dendrocronologici tramite un'analisi diretta su alberi nella provincia di Bologna. I dati da pluviometro e termometro sono stati rielaborati in riferimento a indici di teleconnessione forniti dal NOAA sulle differenze di pressioni atmosferiche su precisi punti geografici. In secondo luogo sono stati effettuati dei test non parametrici sulle tendenze e sull'esistenza di punti di cambio e un'elaborazione della probabilità di comparsa di eventi di siccità. I risultati ottenuti sono stati confrontati con ricerche analoghe trovate in letterauratura. L'analisi di dati dendrocronologici è stata fatta sia su immagini relative ad anelli di quercia che a dati di resistenza alla perforazione di un stronco di pioppo vivente. Il confronto finale fra dati convenzionali e alberi, pur soffrendo di notevoli incertezze e imprecisioni ha mostrato alcuni risultati circa l'effetto delle condizioni climatiche sulle piante. Mostrando l'applicabilità di tecniche dendroclimatologiche su piccola scala.

Nuovo copolimero statistico a base di poli(butilene succinato) biocompatibile e bioriassorbibile da utilizzare nell'ingegneria tissutale del miocardio

Nonostante il forte calo della mortalità per malattie cardiovascolari, tali disfunzioni rappresentano ancora la prima causa di morte in Europa. L’unico vero trattamento è il trapianto di cuore che però presenta diverse complicanze, tra cui la scarsa disponibilità di organi e il rigetto da parte dell’organismo curato. Per superare questi problemi, la ricerca si sta focalizzando sullo studio di nuovi polimeri biocompatibili e biodegradabili, per la realizzazione di strutture porose tridimensionali in grado di supportare la crescita e l’adesione cellulare. Tra i polimeri sintetici sperimentati per questa applicazione, il poli(butilene succinato) (PBS) rappresenta un ottimo candidato. Nonostante i promettenti risultati già ottenuti dal punto di vista di biodegradabilità e biocompatibilità, il PBS presenta però proprietà meccaniche poco adatte all’impiego qui descritto, proprio perché l’applicazione miocardica richiede particolari caratteristiche di modulo di Young (E) e un ritorno elastico comparabile con quello del miocardio naturale. Nella presente Tesi è stato sintetizzato e caratterizzato un nuovo copolimero statistico a base di PBS che presenta proprietà meccaniche funzionali all’MTE (Miocardial Tissue Engineering). In particolare, è stato inserito all’interno della catena polimerica, il neopentil glicole, che ha portato a un aumento della stabilità termica, proprietà di particolare interesse in fase di lavorazione del materiale, e una diminuzione del grado di cristallinità. La ridotta capacità a cristallizzare del copoliestere ha un effetto diretto sulle proprietà funzionali, tra le altre, sulla risposta meccanica e sulla velocità di degradazione idrolitica in ambiente fisiologico. In particolare, i risultati ottenuti hanno evidenziato come la copolimerizzazione abbia determinato una maggiore plasticità del materiale finale insieme a una maggiore velocità di degradazione idrolitica, entrambi spiegabili sulla base del ridotto grado di cristallinità.

Valutazione delle potenzialità dell'iniezione d'acqua nei motori GDI di ultima generazione

L'industria automobilistica sta assistendo ad un importante cambiamento verso motorizzazioni con cilindrata unitaria minore, turbocompressi, e con iniezione diretta in camera, a causa delle normative sempre più stringenti sull'emissione di inquinanti allo scarico, inclusa la CO2 per ragioni legate all'effetto serra ed al contenimento dei consumi di fonti energetiche non rinnovabili. I motori turbocompressi lavorano con una pressione media effettiva maggiore, con conseguenti maggiori pressioni e temperature in camera, che di fatto aumentano il rischio di insorgenza di eventi di combustione anomale come pre-accensione e detonazione. Questo porta ad utilizzare il motore con angoli sub-ottimali di anticipo di accensione e con arricchimento della miscela per diminuire le temperature dei gas in ingresso alla turbina. Queste strategie non sono più compatibili con le nuove regolamentazioni, in quanto superano i limiti imposti di emissioni e consumo specifico in cicli reali di utilizzo su strada. Tra le varie possibili soluzioni, l'iniezione d'acqua è una tecnologia già conosciuta, che permette un controllo della tendenza alla detonazione. Il principio consiste nella riduzione della temperatura della carica grazie all'elevato calore latente di vaporizzazione della massa d'acqua iniettata. In questo lavoro sono stati valutati entrambi i layout di iniezione d'acqua, nel condotto e in camera di combustione, in due punti motore: massima potenza e massima coppia. La metodica di ricerca è stata di tipo numerico tramite l'utilizzo di simulazioni tridimensionali CFD a partire da una metodologia basata su modelli fisici solidamente validati. Il software commerciale utilizzato è stato AVL FIRE, che permette di manipolare in modo agevole i risultati sia al suo interno, sia tramite ambienti di calcolo esterno.

Metodi di coltivazione del vigneto nel Lavaux

Nel contesto dei vigneti terrazzati del Lavaux (Svizzera), è stato condotto uno studio sull'effetto di differenti metodi di gestione del vigneto, confrontando, in due areali viticoli, metodi ad alta sostenibilità (biologico e biodinamico) con una gestione di produzione integrata. Sono state effettuate analisi chimico-fisiche del suolo, osservazioni della composizione floristica del vigneto, valutazioni dello stato nutrizionale e sanitario delle viti. I risultati indicano la possibilità di ridurre sensibilmente l’impatto ambientale degli interventi colturali nei vigneti del Lavaux. Le parcelle gestite con metodi di coltivazione più sostenibili (biologico e biodinamico) hanno mostrato, in entrambi i siti, uno stato nutrizionale e sanitario soddisfacenti, analoghi a quelli delle parcelle coltivate con il metodo di produzione integrata. Tali parcelle si sono inoltre contraddistinte per la maggiore biodiversità della composizione floristica. Questo risultato è di fondamentale importanza per i vigneti terrazzati del Lavaux, patrimonio dell’umanità dell’UNESCO, come per i vigneti di altre aree soggette a forti pressioni antropiche.

Influenza del vento sulla composizione delle uve

La rilevanza del vento come fattore chiave del terroir, in grado di influenzare la composizione delle uve e del vino, è stata sorprendentemente trascurata. Il lavoro di Tesi ha studiato, per la prima volta, l’influenza del vento sulla composizione delle bacche discutendone i possibili meccanismi d’azione sulla composizione aminoacidica e le conseguenti implicazioni enologiche. È stato valutato l’effetto su viti, della cv Sangiovese, del vento artificiale e della riduzione del vento rispetto un controllo caratterizzato dal vento naturale. Le prove sono state condotte in un vigneto situato a Pesaro a pochi chilometri dal Mare Adriatico, nel quale è stata effettuata una caratterizzazione dei venti e delle brezze. Sulle viti sono stati analizzati i parametri produttivi mentre sulle bacche campionate sono state effettuate le analisi dei principali parametri tecnologici e dei composti azotati (aminoacidi, ammine e ammonio). Le viti sottoposte al vento artificiale hanno manifestato un aumento della concentrazione dei composti azotati totali (aminoacidi e ammonio) rispetto al controllo. In particolare, i cambiamenti hanno coinvolto la concentrazione degli aminoacidi essenziali: lisina, treonina, triptofano, valina, leucina, isoleucina importanti per la loro implicazione nei processi fisiologici. Sulla base dei risultati ottenuti con il lavoro di Tesi e delle informazioni riportate in bibliografia è stato proposto un modello che illustra la possibile azione del vento sulla traslocazione di aminoacidi verso i grappoli. Il vento, oltre al noto effetto positivo sul microclima, ha prodotto un’incredibile influenza sulle bacche con rilevanti implicazioni agronomiche ed enologiche, quest’ultime correlate positivamente al processo fermentativo, alla possibilità di ridurre l’utilizzo di coadiuvanti enologici ed alla qualità dei vini ottenuti.

Valutazione delle proteine in tartare di pesce trattate ad alte pressioni

Il presente elaborato ha avuto lo scopo di valutare l’effetto dell’applicazione delle alte pressioni idrostatiche (HHP) sulla solubilità delle proteine sarcoplasmatiche e totali di tartare di cefalo e mazzancolla, valutandone il cambiamento durante la conservazione refrigerata protratta per 35 giorni o fino al raggiungimento di 7 Log UFC/g di batteri mesofili totali. In seguito allo scongelamento, cefali e mazzancolle sono stati ridotti in frammenti e confezionati sottovuoto. Successivamente, i prodotti confezionati ottenuti da ciascuna delle due materie prime considerate, sono stati suddivisi in quattro gruppi sperimentali: uno non trattato mentre gli altri sottoposti ad HHP alla pressione di 400, 500 e 600 MPa. Trascorsi 1, 6, 9, 14, 21, 28 e 35 giorni dall’applicazione del trattamento è stata determinata la solubilità delle proteine sarcoplasmatiche e totali. L’applicazione delle HHP su tartare di cefalo e mazzancolla consente di allungarne notevolmente la shelf-life microbica, soprattutto con trattamenti a pressioni elevate (600 MPa). Tuttavia, è stato osservato un notevole effetto negativo sulla solubilità delle frazioni sarcoplasmatiche e totali, molto presumibilmente associato ai fenomeni di ossidazione. Dal confronto fra le due matrici considerate (cefalo e mazzancolla), emerge che la solubilità delle proteine sarcoplasmatiche e miofibrillari dei macinati di mazzancolla è meno influenzata dal trattamento con HHP e quindi si adatta meglio all’impiego di questa tecnologia; al contrario i macinati di cefalo hanno presentato una riduzione notevole della funzionalità proteica. In generale, è stato confermato che i prodotti ittici dotati di un tenore di lipidi ed emepigmenti molto ridotto, come i crostacei (es. mazzancolla), sono più adatti ad essere sottoposti a trattamento con le HHP che ne rallenta i fenomeni degradativi durante la successiva fase di conservazione refrigerata.