Caratterizzazione di un sistema di veto per un rilvelatore di neutroni nell'ambito dell'esperimento FOOT

L’adroterapia è un tipo di terapia oncologica in cui il tumore è irraggiato con particelle cariche (adroni) quali protoni e ioni carbonio. Il vantaggio principale rispetto alla radioterapia convenzionale a raggi X consiste nel fatto che l’irraggiamento con adroni non coinvolge i tessuti sani circostanti quelli malati. Tuttavia, si conosce ancora poco sui processi di frammentazione nucleare che avvengono tra gli adroni del fascio usato nel trattamento e i nuclei presenti nel corpo umano. Così, nel 2017 nasce l’esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target) con lo scopo di misurare le sezioni d’urto differenziali dei frammenti nucleari prodotti nell’interazione a energie di 200-400 MeV/u (tipicamente impiegate in adroterapia). Attualmente l’apparato sperimentale di FOOT è in grado di compiere misure accurate solo per frammenti carichi, ma nell’ultimo anno si è cominciata ad esplorare la possibilità di rivelare anche i neutroni. Per questa operazione è necessario servirsi di scintillatori liquidi affiancati ad un sistema di veto costituito da scintillatori plastici sottili accoppiati a sensori che segnalano il passaggio di eventuali frammenti carichi. In una precedente campagna di misure con la collaborazione FOOT, si sono utilizzati come sensori dei tubi fotomoltiplicatori (PMT). Per migliorare le prestazioni del sistema di veto si è reso necessario l’utilizzo di scintillatori plastici veloci, letti da sensori fotomoltiplicatori al silicio (SiPM). In questa tesi mi sono occupato della risoluzione temporale dei segnali acquisiti con scintillatori plastici EJ-204 di 3 mm di spessore, letti da SiPM SenseL®.

Nucleosintesi stellare e produzione di elementi chimici nelle stelle

Le stelle sono i corpi celesti fondamentali per comprendere l'evoluzione del nostro Universo. Infatti, attraverso processi di fusione nucleare che avvengono al loro interno, nel corso della loro vita le stelle producono la maggior parte dei metalli che popolano la tavola periodica, non presenti all'inizio della vita dell'Universo e la cui presenza è attribuile soltanto alla nucleosintesi stellare. In questa tesi viene trattato questo aspetto, ovvero la produzione di elementi chimici nelle stelle, seguendo in ordine cronologico le principali fasi della vita delle stelle stesse. Nel primo capitolo sono fornite delle informazioni generali sulle reazioni termonucleari, che sono alla base della vita delle stelle e della produzione di molti elementi chimici. Successivamente, vengono approfondite le catene di reazioni termonucleari che consentono la fusione dell'idrogeno in elio all'interno delle stelle, ovvero la catena protone-protone e il ciclo CNO. Nei capitoli seguenti sono state analizzate le reazioni termonucleari di fusione dell'elio in carbonio, note come processo 3-alfa, e di elementi più pesanti, quali carbonio, neon, ossigeno e silicio, che avvengono quando la stella è ormai una gigante o supergigante rossa. Infine, nell'ultimo capitolo viene descritto come, nelle fasi finali della loro vita, le stelle riescano a produrre elementi più pesanti attraverso processi di cattura neutronica, per poi rilasciarli attraverso le esplosioni di supernove, arricchendo significativamente il mezzo interstellare.

Caratterizzazione di laboratorio di miscele bituminose di micro-usura a ridotto impatto ambientale

L’ambito delle infrastrutture stradali deve approcciarsi ad una progettazione sostenibile, studiando soluzioni prestazionali ma a basso impatto ambientale. La presente sperimentazione ha come scopo la caratterizzazione di un conglomerato bituminoso per strato di micro – usura, prodotto a caldo, costituito interamente da aggregati di riciclo. Gli aggregati utilizzati sono stati fresato d’asfalto, aggregato derivante da processi di lavorazione dell’acciaio e sabbia derivante dall’incenerimento dei rifiuti solidi urbano, sottoposti a prove di caratterizzazione volumetrica e meccanica. Si è dimostrato che il loro utilizzo non ha intaccato le prestazioni delle miscele. Si sono progettate due tipologie di miscele utilizzando bitume hard e bitume 50 / 70 con aggiunta di fibra strutturale. Si sono effettuate prove per la caratterizzazione volumetrica e meccanica su miscele con differenti percentuali di bitume si è arrivati a considerare quella ottimale. Si sono valutate le prestazioni delle miscele, confrontandole e studiando l’influenza della fibra strutturale nella miscela con bitume 50 / 70. Tale fibra ha migliorato le prestazioni della miscela, ottenendo un conglomerato durevole, con un buon comportamento in esercizio che necessita di minore manutenzione.

Debonding and crack propagation in cracked steel beams strengthened with CFRP and subjected to cyclic loads.

The reinforcement methods used to restore or increase the bearing capacity of metal structures are based on the application of steel plates to be bolted or welded to the original structure, which can cause problems to the integrity of the original structure. These difficulties can be overcome with the introduction of fiber-reinforced composite materials. FRPs are characterized by high strength to weight ratio, and they are very resistant to corrosion. In this dissertation a cracked steel I-beam reinforced with Carbon Fiber-Reinforced Polymer will be studied by performing a numerical evaluation of the structure with the commercial Finite Element Method software ABAQUS. The crack propagation will be computed using XFEM, while the debonding of the reinforcement layer will be found by considering a cohesive contact interface between the beam and the CFRP plate. The results will show the efficiency of the strengthening method in increasing the load carrying capacity of the cracked beam, and in reducing the crack opening of the initial notch.

Analisi di possibili scenari di valorizzazione degli scarti provenienti dal settore delle costruzioni e dal settore agroalimentare marchigiani

L’attuale sistema produttivo prevede un processo lineare: si prelevano materie prime, si utilizzano per realizzare il proprio prodotto e si generano scarti. Questo ha inevitabilmente portato allo sfruttamento eccessivo delle risorse del pianeta e alle problematiche relative allo smaltimento di quantità sproporzionate di rifiuti. Il sistema è evidentemente in crisi e questo non è affatto d’aiuto all’economia, tantomeno all’emergenza climatica alla quale semmai contribuisce. La simbiosi industriale si presenta come una soluzione in grado di ridurre le emissioni inquinanti e ottenere un’economia redditizia e sostenibile. La sua implementazione richiede che ci siano le giuste condizioni per riuscire a creare una vera e propria rete di aziende in connessione tra loro. L’elaborato prevede nella parte iniziale un excursus sulle pratiche di simbiosi industriale e i loro esempi, per poi concentrarsi sull’area di interesse, analizzando il tessuto imprenditoriale e sezionandolo tramite criteri di scelta, al fine di evidenziare possibili situazioni favorevoli a questa metodologia. Il lavoro è stato realizzato durante l’attività di tirocinio presso Enea, nell’ambito del progetto Marlic per la regione Marche. Lo studio si propone tuttavia di ricercare soluzioni replicabili in luoghi e contesti anche diversi da quello preso in esame; l’obiettivo è dimostrare ulteriormente l’efficacia e l’efficienza della metodologia offrendo alternative verosimili.

Processi ed innovazioni nel settore delle tecnologie out of autoclave per materiali compositi

Visto il crescente interesse nei confronti dei materiali compositi, per le numerose applicazioni e i vantaggi che offrono, stanno conoscendo notevole sviluppo le tecnologie Out of Autoclave (OoA). Esse sono alternative all'autoclave, che richiede tempi, costi e risorse maggiori, nonché ha una minore flessibilità. Le tecnologie OoA, invece, sono più rapide e meno costose, e stanno raggiungendo livelli di qualità e prestazioni molto vicini a quelli dell'autoclave. Questo elaborato presenta alcune delle innovazioni di maggior interesse, raggruppate per settori: processi, materiali e strutture dei laminati.

Sviluppo ed ingegnerizzazione di nuovi sistemi ibridi a base di nanoparticelle inorganiche e bio-tensioattivi

In questo lavoro di tesi è stata investigata la sintesi di compositi a base di nano particelle di biossido di titanio rivestite da un bio-tensioattivo naturale. Il noto fotocatalizzatore (Nano-TiO2) è stato accoppiato ad un bio-tensioattivo dalle riconosciute proprietà antibatteriche, antivirali e anti-tumorali per ottenere un materiale composito multifunzionale. Diverse opzioni di design sono state investigate e la sintesi ottimizzata attraverso una caratterizzazione sistematica dei materiali prodotti, sia sulle sospensioni (DLS, ELS, TEM) sia sui prodotti granulati e calcinati (XRD, FT-IR, SEM, UV-Vis., BET). Per comprendere il ruolo del bio-tensioattivo e i potenziali effetti sinergici che il materiale composito potesse generare, si sono effettuate diverse caratterizzazioni funzionali testando il materiale per la realizzazione di nano-fasi fotocatalitiche da impiegare in processi di adsorbimento/degradazione di inquinanti acquosi, per la realizzazione di rivestimenti tessili antibatterici e come composito utile per l’assorbimento di metalli pesanti.

Analisi di un metodo per la discriminazione delle particelle neutre nell'ambito dell'esperimento FOOT

L'adroterapia è una delle tecniche utilizzate ad oggi per trattare i tumori ed è basata sull'utilizzo di fasci di particelle cariche, come protoni e ioni carbonio, accelerati sulla zona da trattare. A differenza dei fotoni, utilizzati in radioterapia, le particelle cariche permettono un rilascio di energia più mirato, danneggiando il DNA delle cellule tumorali fino ad impedirne la duplicazione, senza intaccare i tessuti sani circostanti. Per sfruttare al meglio questa tecnica è necessario conoscere a fondo i processi di frammentazione nucleare che possono avere luogo durante il trattamento, sui quali si hanno ancora insufficienti dati sperimentali, in particolare a proposito della frammentazione del bersaglio. L'esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target) nasce proprio per poter misurare le sezioni d'urto differenziali dei processi di frammentazione nucleare alle tipiche energie dell'adroterapia, dai 60 MeV/u ai 400 MeV/u. Allo stato attuale l'esperimento è dotato di un apparato per la rivelazione di frammenti carichi pesanti e uno per quelli leggeri, mentre non ha un sistema di rivelazione per le particelle neutre. Si sta quindi valutando la possibilità di aggiungere rivelatori di neutroni, per esempio gli scintillatori liquidi BC-501A, i quali permettono di discriminare fotoni da neutroni grazie alla diversa forma del segnale prodotto (Pulse Shape Discrimination). Per studiare le prestazioni di questi rivelatori, essi si stanno attualmente testando alla facility n_TOF del CERN con diverse sorgenti di particelle. In questo lavoro di tesi mi sono occupata di analizzare i segnali raccolti da due BC-501A con una sorgente AmBe di raggi γ e neutroni, con schermo in piombo, e con una sorgente 88Y di soli raggi γ, evidenziando le buone capacità di questi rivelatori di identificare correttamente neutroni e fotoni.

Messa a punto di un metodo di estrazione mediante estrazione ad ultrasuoni con sonotrodo per il recupero di composti fenolici da sansa di mele

Ogni anno le industrie alimentari che processano frutta e verdura generano un’enorme quantità di sottoprodotti, tra cui semi, bucce e sansa, che contengono grandi quantità di composti bioattivi come polisaccaridi, fibre alimentari e polifenoli. Per quanto riguarda il settore delle mele, uno dei frutti più consumati al mondo, solo il 70% di queste vengono consumate come fresche, mentre, il 25-30% viene scartato durante le fasi di produzione del succo, di sidro o di aceto di mele. Il principale sottoprodotto ottenuto da queste lavorazioni prende il nome di sansa di mela, la cui composizione è complessa (fibre alimentari, zuccheri fermentescibili, minerali, vitamine, fenoli, carotenoidi, ecc.) e dipende dalla varietà del frutto e dalla tecnologia di lavorazione. La sansa viene utilizzata in applicazioni alimentari e mangimistiche, ma anche nei sistemi di digestione anaerobica. Nonostante ciò, a causa della mancanza di tecniche di estrazione sostenibili, il valore di questi sottoprodotti è considerato trascurabile paragonato a quello di frutta e verdura processata. I metodi di estrazione convenzionali presentano alcune limitazioni in termini di tempo, energia e quantità di solvente utilizzato. L'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) con sonotrodo, tecnica innovativa non termica, permette di estrarre componenti bioattivi in ​​brevissimo tempo, a bassa temperatura e con poco solvente. Tra i componenti bioattivi presenti nella sansa di mela, i composti fenolici rappresentano una classe varia ed interessante, in particolare per la loro azione positiva sulla salute umana. La messa a punto di un metodo completo e affidabile per l’estrazione e per la caratterizzazione dei composti fenolici bioattivi nella mela, utilizzando HPLC-ESI-TOF-MS come potente tecnica analitica, è stato uno degli obiettivi principali di tutta la sperimentazione.

Studio e implementazione del processo di polarizzazione in AC su materiali piezoelettrici nanofibrosi

I materiali piezoelettrici sono una classe di materiali che hanno la capacità di convertire energia elettrica in meccanica, e viceversa. I piezoelettrici si suddividono in tre classi: naturarli, ceramici e polimerici. Quest'ultimi, seppur mostrando coefficienti piezoelettrici non elevati rispetto ai primi due, presentano grandi vantaggi in termini di proprietà meccaniche, essendo per esempio molto flessibili, grazie anche all'ausilio delle nanotecnologie. In questo elaborato si è utilizzato il PVDF-TrFE, un materiale polimerico, prodotto sotto forma di nanofibre tramite il processo di elettrofilatura. La struttura nanofibrosa incrementa le proprietà piezoelettriche, che dipendono dalla superficie totale del materiale, poiché massimizza il rapporto superficie/volume. Lo scopo dell'elaborato è quello di ottimizzare il processo di polarizzazione, e quindi incrementare la risposta elettromeccanica dei provini a seguito di una sollecitazione, applicando una tecnica innovativa. Questa prevede l'applicazione di un campo elettrico AC sinusoidale, partendo da un valor nullo fino a un valore massimo di regime, continuando successivamente con un campo in DC avente la stessa apiezza massima. Questa tecnica è stata applicata a differenti provini di PVDF-TrFE, variando alcuni parametri come frequenza, numero di cicli e temperatura. I valori misurati sono stati suddivisi in diversi grafici al variare della temperatura, mostrando notevoli miglioramenti rispetto alle tecniche già note di polarizzazione. È stata inoltre mostrata la struttura in scala nanometrica delle fibre, valutando così l'effetto della temperatura di esercizio sui provini durante il processo di polarizzazione.

Studio del processo di recupero di Terre Rare da motori di veicoli elettrici a fine vita

Il progetto di tesi consiste nello studio di un processo di recupero di terre rare (Nd, Pr, Dy) da motori di veicoli elettrici a fine vita. La prima parte della tesi è una introduzione che descrive le attuali problematiche legate alle terre rare, dal monopolio cinese a livello di estrazione e produzione alle problematiche di estrazione legate alla legislazione europea. E' presente una descrizione dei magneti permanenti a base NdFeB e le varie applicazioni in cui sono sfruttati. Viene descritta la destinazione attuale di prodotti a fine vita contenenti terre rare ed i principali metodi di recupero, diretti ed indiretti ad oggi conosciuti e studiati su scala di laboratorio. Nella seconda parte della tesi, quella sperimentale, sono illustrati i risultati ottenuti da studi di smagnetizzazione di magneti provenienti da motori di monopattini elettrici ed il loro utilizzo in vista di un eventuale processo di recupero. Sono stati presi come caso studio i componenti di 3 veicoli appartenenti a comuni classi di veicoli elettrici : un'utilitaria, un furgone elettrico ed un'auto ibrida. E' stato quindi effettuato un lavoro di quantificazione e caratterizzazione tramite ICP dei magneti contenenti REEs nei 3 veicoli per comprendere la potenzialità economica del loro riciclo.

Effetto della temperatura sull’aderenza e la delaminazione di rinforzi FRCM applicati su supporto in muratura

Negli ultimi tempi, i compositi FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) sono largamente utilizzati per il rinforzo di costruzioni murarie esistenti, tuttavia rimangono dubbi riguardo la loro durabilità e le loro prestazioni meccaniche in condizioni ambientali avverse. L'obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di analizzare il comportamento meccanico e l'aderenza di due diversi compositi FRCM applicati su supporto murario, sottoposti a prove di distacco condotte a temperatura. A tal proposito, le prove sono state eseguite all'interno di una camera climatica mediante la quale è stato possibile procedere al condizionamento termico dei campioni: le temperature indagate sono comprese nell'intervallo da 23 a 140°C. Dai risultati ottenuti è stato possibile notare come, all'aumentare della temperatura, il comportamento meccanico del generico composito cambiasse, presentando tensioni di picco via via inferiori e un progressivo cambiamento della modalità di rottura. Infatti, mentre i campioni testati a temperatura ambiente hanno mostrato un comportamento fragile con rottura del tessuto esterno al rinforzo, i campioni testati a temperature superiori hanno manifestato un comportamento meno fragile, caratterizzato dallo scorrimento del tessuto presente all'interno della malta.

Verification of rupture disc sizing of Acrylic Reactor

The primary goal of this thesis is to verify the rupture disc sizing of the acrylic reactor. Primarily the test to check the sizing was divided into several stages. It went on to examine ideas to explain the concern and ethical ways, as well as remedies and suggestions to solve the issues and difficulties that were discovered. This thesis will highlight the gathering and arranging of reaction data (recipe composition, enthalpies, reaction temperature, and catalyst feeding times) of the products to be chosen, in accordance with pre-established criteria. To collaborate with the research and development team in the lab to carry out calorimetric testing for the important recipes that have been identified. The verification of the currently installed Rupture Discs in the plant based on the calorimetric test findings is the final stage. This thesis used two separate calorimetry techniques: Phi-TEC II adiabatic calorimetry and differential scanning calorimetry (DSC). The target of the experiment is to check and confirm the correct size of the reactor rupture disc. Arkema (Boretto/Coatex) plant (Emilia romagna) provided a recipe and a scenario following multiple meetings and discussions. The purpose of this technical paper is to describe the outcomes of adiabatic calorimetry performed at the lab scale so that the computation of the vents for a particular recipe and scenario can be verified.