Studio del parametro di coalescenza e caratterizzazione della sorgente nella produzione di (anti)nuclei in collisioni ad alte energie

In questo lavoro di tesi è stato approfondito il modello di coalescenza, ampiamente utilizzato in letteratura per descrivere la formazione di (anti)nuclei leggeri in collisioni ad alta energia negli acceleratori e di antinuclei cosmici, con applicazioni alle ricerche indirette di materia oscura nell’universo. Nello specifico, è stato studiato il parametro di coalescenza per (anti)nuclei con numero di massa A ≤ 4; utilizzando un fit ai dati dell’esperimento ALICE a LHC sulla dimensione della sorgente di protoni in collisioni pp a √s = 13 TeV, si è cercato di esplicitare la dipendenza del parametro di coalescenza dall’impulso trasverso. Dal confronto delle previsioni del modello così ottenuto con le misure del parametro di coalescenza raccolte da ALICE, si osserva che il parametro di coalescenza di d e 3He non segue l’andamento previsto. Questo risultato evidenzia quindi la necessità di rivedere il modello di sorgente adottato o i suoi limiti di applicazione a diversi sistemi di collisione. In vista della possibilità di implementare il meccanismo di formazione per coalescenza nei generatori Monte Carlo per la simulazione degli antinuclei, si è tentato di caratterizzare la sorgente di protoni attraverso l’utilizzo del generatore PYTHIA 8.3. In particolare, è stata effettuata un’analisi delle coordinate spaziali, della quantità di moto e del tempo di produzione dei protoni a rapidità centrale generati in 10^5 collisioni pp. I grafici ottenuti mostrano che la sorgente è sostanzialmente isotropa.

Valutazione del ciclo antropogenico del neodimio in Italia, mediante metodologie MFA e LCA

Per raggiungere gli obiettivi di neutralità climatica del 2050 stabiliti dal Green Deal europeo, l’approvvigionamento sicuro e sostenibile di materie prime critiche è considerato essenziale e l’attuale crisi energetica ne ha rimarcato l’importanza. Tra queste materie prime, il neodimio risulta essere fondamentale per un ampio numero di applicazioni tecnologiche di interesse crescente come la mobilità elettrica e la generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili. La produzione mondiale di neodimio è dominata dalla Cina e l’Italia dipende completamente dalle importazioni per soddisfare la propria domanda. Il riciclo dei prodotti a fine vita potrebbe coprire parte della domanda nazionale di neodimio e ridurre la dipendenza dalle importazioni cinesi. Ma, attualmente, la percentuale di riciclo del metallo è inferiore all’1% globalmente con attività di riciclo spesso inesistenti su scala industriale a livello nazionale. Per dare chiarezza sulla catena del valore di neodimio in Italia e dimostrare le potenzialità del suo riciclo, in questa tesi sono state applicate le metodologie di MFA e di LCA. Un modello dinamico retrospettivo di MFA è stato sviluppato col fine di investigare il ciclo antropogenico del neodimio, identificando e valutando i flussi e le riserve nazionali dal 1995 al 2020. Attraverso un modello di distribuzione dei tempi di vita è stata quantificata la riserva in uso del metallo, che ammonta a 3,3 kt Nd o 56 g Nd pro capite. Un riciclo della riserva in uso potrebbe soddisfare l’attuale domanda di neodimio oltre al 2030. I risultati dell’MFA sono stati integrati con i fattori LCA di caratterizzazione di impatto ambientale, dimostrando che il riciclo potrebbe ridurre più dell’80% delle emissioni di gas serra e della energia richiesta associate alla produzione di neodimio primario. Si prevede che lo studio possa contribuire all’implementazione di politiche e strategie di rafforzamento della catena di approvvigionamento del neodimio.

Analisi delle prestazioni energetiche di un impianto HVAC basato su un chiller con eiettore a geometria variabile mediante il software TRNSYS

Il lavoro svolto nella seguente Tesi ha avuto come obiettivo principale quello di modificare il precedente modello TRNSYS dell’impianto innovativo solare/biomassa studiato nell’ambito del progetto Hybrid-BioVGE, impianto che utilizza un gruppo chiller VGE con eiettore a geometria variabile, aggiungendo il circuito per la produzione di ACS, composto da un serbatoio di accumulo un campo di collettori solari dedicato ed una pompa di circolazione, modificando la circuitazione idraulica complessiva, modellando la configurazione finale. Sono state modificate e migliorate anche le logiche di controllo dei vari componenti dell’impianto, in particolare della caldaia a biomassa, del connettore tra accumulo caldo da un lato e circuito di riscaldamento ed accumulo per la produzione di ACS dall’altro lato, del gruppo chiller VGE e dell’accumulo di energia frigorifera con PCM. In ultima istanza, è stata implementata per la stagione estiva un’ulteriore logica di controllo che favorisce il funzionamento del gruppo chiller VGE quando è disponibile un alto contributo di energia solare ed in presenza di una temperatura ambiente in condizioni favorevoli. Attraverso il software TRNSYS 18 sono stati riprodotti in maniera fedele e accurata l'edificio, l'impianto innovativo ad esso associato e sono state svolte delle simulazioni in periodi temporali dell'anno precisi. Tali simulazioni hanno mostrato: un miglioramento nell’efficienza dell’impianto durante la stagione di riscaldamento per alimentare i pannelli radianti al servizio dell’edificio e la produzione di ACS, con valori di Solar Fraction pari al 70% e quota di energia rinnovabile del 90%; prestazioni migliori durante la stagione di raffrescamento con incremento dell'energia termica emessa dai fan-coils del 3%, della Solar Fraction pari al 50% e Seasonal Performance Factor di sistema migliori. Annualmente si è vista una quota di energia rinnovabile molto elevata (84.2%).

Valutazione ingegneristica di alcuni aspetti del ciclo di vita degli impianti per la produzione, il trasporto, lo stoccaggio e l’utilizzo di idrogeno

La domanda energetica mondiale è cresciuta significativamente negli ultimi decenni e la maggior parte dell’energia attualmente prodotta deriva da combustibili fossili. Una delle sfide attuali è quella di ridurre le emissioni di gas serra generate dalla produzione di energia tramite risorse non rinnovabili. A tal riguardo, la ricerca di nuovi vettori energetici e lo sviluppo di nuovi processi per la produzione di energia da risorse rinnovabili costituiscono alcuni tra gli elementi necessari per raggiungere tale obiettivo. L’idrogeno, allo stato attuale, è considerato uno dei vettori energetici più promettenti; tuttavia presenta degli svantaggi a causa delle sue caratteristiche chimico-fisiche. Infatti esso presenta un ampio campo di infiammabilità, una bassa energia di ignizione, delle dimensioni molecolari piccole al punto da renderne complesso il contenimento; inoltre, la bassa densità del fluido causa dei problemi per quanto riguarda lo stoccaggio ed il trasporto. In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi, che è stato sviluppato durante un tirocinio svolto presso una società di ingegneria operante nel settore “Oil&gas”. Lo scopo di questo elaborato è quello di valutare la possibilità di convertire una condotta attualmente impiegata per il trasporto di gas naturale a idrogenodotto e studiare la fattibilità della produzione e dello stoccaggio di idrogeno ai fini dell’alimentazione a un turbogeneratore per la produzione di energia elettrica. Dopo il Capitolo 1 avente carattere introduttivo, nel Capitolo 2 viene analizzata la possibilità di convertire a idrogenodotto una condotta attualmente impiegata per il trasporto di gas naturale. Nel Capitolo 3 viene valutata la fattibilità dell’acquisto e stoccaggio o dell’autoproduzione e stoccaggio di idrogeno tramite elettrolisi dell’acqua, ai fini dell’alimentazione a un turbogeneratore. Infine, nel Capitolo 4 vengono riportate le conclusioni delle analisi effettuate.

Analisi sulla sostenibilità e sicurezza di combustibili innovativi

Al fine di mitigare gli impatti ambientali legati alla produzione energetica, lo sviluppo di tecnologie per l’utilizzo di carburanti carbon-free risulta essere essenziale. Si confida che la sostituzione di combustibili convenzionali con sorgenti di energia rinnovabili e bio-combustibili possa ridurre le emissioni di gas serra. Tuttavia, l’intermittenza della maggior parte delle sorgenti di energia rinnovabile comporta problemi di stoccaggio dell’energia. Pertanto, risulta necessaria l’introduzione di opportuni vettori energetici quali l’idrogeno. Nonostante l’elevata reattività dell’idrogeno, gli elevati costi per raggiungere standard di sicurezza opportuni nella fase di trasporto e stoccaggio limitano il suo uso estensivo. Per tale motivo, sono state vagliate sostanze alternative, quali l’ammoniaca, caratterizzate da processi produttivi collaudati oltreché di facile stoccaggio e trasporto. Considerando i processi produttivi di entrambe le sostanze, la possibile presenza di metano ha suggerito lo studio di miscele ternarie costituite da metano, idrogeno e ammoniaca. Sulla base di queste premesse, il presente lavoro di tesi è stato incentrato sull’analisi cinetica e sulla valutazione dei principali parametri di sicurezza di alcune miscele gassose in presenza di aria e aria arricchita. Tale analisi ha permesso una valutazione preliminare della sostenibilità delle miscele ternarie in esame al variare delle condizioni operative. Infatti, sono state quantificate le prestazioni ambientali e gli standard di sicurezza al fine di confrontare la sostenibilità e la convenienza delle alternative di processo.

Analisi di sensibilità di una comunità energetica rinnovabile con impianto fotovoltaico

Il presente lavoro ha lo scopo di valutare, tramite la creazione di un modello di calcolo, la fattibilità normativa, tecnica ed economica di una comunità energetica di tipo commerciale. Il caso studio analizzato si ispira a un’area commerciale di tipo B2B situata a nord di Bologna: sono stati analizzati vari scenari in ognuno dei quali è stata implementata una diversa configurazione. Quella di partenza dispone di un impianto fotovoltaico centralizzato da 660 kWp e montato su pensiline adibite a parcheggio: negli altri scenari, a questa configurazione, è stato aggiunto un sistema di ricarica per veicoli elettrici e successivamente anche un sistema di accumulo. Nello studio di quest’ultimo scenario sono emerse delle contraddizioni che rendevano priva di senso l’installazione di accumulatori per migliorare la convenienza economica della CER; pertanto, è stata cambiata la configurazione di partenza proponendo un impianto non più centralizzato, bensì, distribuito sui tetti dei membri della CER. Al fine di valutare la fattibilità economica delle diverse configurazioni proposte, è stato utilizzato come indicatore il tempo di ritorno (TR). I risultati mostrano come la configurazione che presenta il TR inferiore è quella dell’impianto distribuito con i sistemi di accumulo. Per concludere è stata condotta un’analisi di sensibilità in cui sono stati variati uno alla volta i seguenti parametri: il numero dei membri, la quota dei consumi in F1 e il costo dell’energia in bolletta. Si è visto che aumentando il numero dei membri, incrementa l’energia condivisa e quindi anche il ricavo dato dalla quota incentivante: il tutto si riflette in un tempo di ritorno via via inferiore. Una maggiore concentrazione dei consumi in F1 comporta un aumento dell’energia condivisa e conseguentemente una diminuzione del tempo di ritorno. Infine, si è osservato che all’aumentare del costo della componente energia in bolletta incrementano i risparmi e diminuisce il tempo di ritorno.

Cold Nuclear Matter Effects on J/psi Yields as a Function of Rapidity and Nuclear Geometry in d plus A Collisions at root S(NN)=200 GeV

We present measurements of J/psi yields in d + Au collisions at root S(NN) = 200 GeV recorded by the PHENIX experiment and compare them with yields in p + p collisions at the same energy per nucleon-nucleon collision. The measurements cover a large kinematic range in J/psi rapidity (-2.2 < y < 2.4) with high statistical precision and are compared with two theoretical models: one with nuclear shadowing combined with final state breakup and one with coherent gluon saturation effects. In order to remove model dependent systematic uncertainties we also compare the data to a simple geometric model. The forward rapidity data are inconsistent with nuclear modifications that are linear or exponential in the density weighted longitudinal thickness, such as those from the final state breakup of the bound state.

Azimuthal correlations of electrons from heavy-flavor decay with hadrons in p plus p and Au plus Au collisions at root s(NN)=200 GeV

Measurements of electrons from the decay of open-heavy-flavor mesons have shown that the yields are suppressed in Au+Au collisions compared to expectations from binary-scaled p+p collisions. These measurements indicate that charm and bottom quarks interact with the hot dense matter produced in heavy-ion collisions much more than expected. Here we extend these studies to two-particle correlations where one particle is an electron from the decay of a heavy-flavor meson and the other is a charged hadron from either the decay of the heavy meson or from jet fragmentation. These measurements provide more detailed information about the interactions between heavy quarks and the matter, such as whether the modification of the away-side-jet shape seen in hadron-hadron correlations is present when the trigger particle is from heavy-meson decay and whether the overall level of away-side-jet suppression is consistent. We statistically subtract correlations of electrons arising from background sources from the inclusive electron-hadron correlations and obtain two-particle azimuthal correlations at root s(NN) = 200 GeV between electrons from heavy-flavor decay with charged hadrons in p+p and also first results in Au+Au collisions. We find the away-side-jet shape and yield to be modified in Au+Au collisions compared to p+p collisions.

Measurement of neutral mesons in p plus p collisions at root s=200 GeV and scaling properties of hadron production

The PHENIX experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider has measured the invariant differential cross section for production of K(S)(0), omega, eta', and phi mesons in p + p collisions at root s 200 GeV. Measurements of omega and phi production in different decay channels give consistent results. New results for the omega are in agreement with previously published data and extend the measured p(T) coverage. The spectral shapes of all hadron transverse momentum distributions measured by PHENIX are well described by a Tsallis distribution functional form with only two parameters, n and T, determining the high-p(T) and characterizing the low-p(T) regions of the spectra, respectively. The values of these parameters are very similar for all analyzed meson spectra, but with a lower parameter T extracted for protons. The integrated invariant cross sections calculated from the fitted distributions are found to be consistent with existing measurements and with statistical model predictions.

Nuclear modification factors of phi mesons in d plus Au, Cu plus Cu, and Au plus Au collisions at root s(NN)=200 GeV

The PHENIX experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider has performed systematic measurements of phi meson production in the K(+)K(-) decay channel at midrapidity in p + p, d + Au, Cu + Cu, and Au + Au collisions at root s(NN) = 200 GeV. Results are presented on the phi invariant yield and the nuclear modification factor R(AA) for Au + Au and Cu + Cu, and R(dA) for d + Au collisions, studied as a function of transverse momentum (1 < p(T) < 7 GeV/c) and centrality. In central and midcentral Au + Au collisions, the R(AA) of phi exhibits a suppression relative to expectations from binary scaled p + p results. The amount of suppression is smaller than that of the pi(0) and the. in the intermediate p(T) range (2-5 GeV/c), whereas, at higher p(T), the phi, pi(0), and. show similar suppression. The baryon (proton and antiproton) excess observed in central Au + Au collisions at intermediate p(T) is not observed for the phi meson despite the similar masses of the proton and the phi. This suggests that the excess is linked to the number of valence quarks in the hadron rather than its mass. The difference gradually disappears with decreasing centrality, and, for peripheral collisions, the R(AA) values for both particle species are consistent with binary scaling. Cu + Cu collisions show the same yield and suppression as Au + Au collisions for the same number of N(part). The R(dA) of phi shows no evidence for cold nuclear effects within uncertainties.

Cross section and double helicity asymmetry for eta mesons and their comparison to pi(0) production in p plus p collisions at root s=200 GeV

Measurements of double-helicity asymmetries in inclusive hadron production in polarized p + p collisions are sensitive to helicity-dependent parton distribution functions, in particular, to the gluon helicity distribution, Delta g. This study focuses on the extraction of the double-helicity asymmetry in eta production ((p) over right arrow + (p) over right arrow -> eta + X), the eta cross section, and the eta/pi(0) cross section ratio. The cross section and ratio measurements provide essential input for the extraction of fragmentation functions that are needed to access the helicity-dependent parton distribution functions.

Measurement of transverse single-spin asymmetries for J/psi production in polarized p plus p collisions at root s=200 GeV

We report the first measurement of transverse single-spin asymmetries in J/psi production from transversely polarized p + p collisions at root s = 200 GeV with data taken by the PHENIX experiment in 2006 and 2008. The measurement was performed over the rapidity ranges 1.2 < vertical bar y vertical bar < 2.2 and vertical bar y vertical bar < 0.35 for transverse momenta up to 6 GeV/c. J/psi production at the Relativistic Heavy Ion Collider is dominated by processes involving initial-state gluons, and transverse single-spin asymmetries of the J/psi can provide access to gluon dynamics within the nucleon. Such asymmetries may also shed light on the long-standing question in QCD of the J/psi production mechanism. Asymmetries were obtained as a function of J/psi transverse momentum and Feynman-x, with a value of -0.086 +/- 0.026(stat) +/- 0.003(syst) in the forward region. This result suggests possible nonzero trigluon correlation functions in transversely polarized protons and, if well defined in this reaction, a nonzero gluon Sivers distribution function.

Transverse momentum dependence of J/psi polarization at midrapidity in p plus p collisions at root s=200 GeV

We report the measurement of the transverse momentum dependence of inclusive J/psi polarization in p + p collisions at root s = 200 GeV performed by the PHENIX Experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider. The J/psi polarization is studied in the helicity, Gottfried-Jackson, and Collins-Soper frames for p(T) < 5 GeV/c and vertical bar y vertical bar < 0.35. The polarization in the helicity and Gottfried-Jackson frames is consistent with zero for all transverse momenta, with a slight (1.8 sigma) trend towards longitudinal polarization for transverse momenta above 2 GeV/c. No conclusion is allowed due to the limited acceptance in the Collins-Soper frame and the uncertainties of the current data. The results are compared to observations for other collision systems and center of mass energies and to different quarkonia production models.

Detailed measurement of the e(+)e(-) pair continuum in p plus p and Au plus Au collisions at root s(NN)=200 GeV and implications for direct photon production

PHENIX has measured the e(+)e(-) pair continuum in root s(NN) = 200 GeV Au+Au and p+p collisions over a wide range of mass and transverse momenta. The e(+)e(-) yield is compared to the expectations from hadronic sources, based on PHENIX measurements. In the intermediate-mass region, between the masses of the phi and the J/psi meson, the yield is consistent with expectations from correlated c (c) over bar production, although other mechanisms are not ruled out. In the low-mass region, below the phi, the p+p inclusive mass spectrum is well described by known contributions from light meson decays. In contrast, the Au+Au minimum bias inclusive mass spectrum in this region shows an enhancement by a factor of 4.7 +/- 0.4(stat) +/- 1.5(syst) +/- 0.9(model). At low mass (m(ee) < 0.3 GeV/c(2)) and high p(T) (1 < p(T) < 5 GeV/c) an enhanced e(+)e(-) pair yield is observed that is consistent with production of virtual direct photons. This excess is used to infer the yield of real direct photons. In central Au+Au collisions, the excess of the direct photon yield over the p+p is exponential in p(T), with inverse slope T = 221 +/- 19(stat) +/- 19(syst) MeV. Hydrodynamical models with initial temperatures ranging from T(init) similar or equal to 300-600 MeV at times of 0.6-0.15 fm/c after the collision are in qualitative agreement with the direct photon data in Au+Au. For low p(T) < 1 GeV/c the low-mass region shows a further significant enhancement that increases with centrality and has an inverse slope of T similar or equal to 100 MeV. Theoretical models underpredict the low-mass, low-p(T) enhancement.

Suppression of away-side jet fragments with respect to the reaction plane in Au plus Au collisions at root s(NN)=200 GeV

Pair correlations between large transverse momentum neutral pion triggers (p(T) = 4-7 GeV/c) and charged hadron partners (p(T) = 3-7 GeV/c) in central (0%-20%) and midcentral (20%-60%) Au + Au collisions at root s(NN) = 200 GeV are presented as a function of trigger orientation with respect to the reaction plane. The particles are at larger momentum than where jet shape modifications have been observed, and the correlations are sensitive to the energy loss of partons traveling through hot densematter. An out-of-plane trigger particle produces only 26 +/- 20% of the away-side pairs that are observed opposite of an in-plane trigger particle for midcentral (20%-60%) collisions. In contrast, near-side jet fragments are consistent with no suppression or dependence on trigger orientation with respect to the reaction plane. These observations are qualitatively consistent with a picture of little near-side parton energy loss either due to surface bias or fluctuations and increased away-side parton energy loss due to a long path through the medium. The away-side suppression as a function of reaction-plane angle is shown to be sensitive to both the energy loss mechanism and the space-time evolution of heavy-ion collisions.