LIFE Living In Future ELBA - Masterplan strategico per la riqualificazione del sito di Elba - Ettlingen West

La riqualificazione di spazi inutilizzati all’interno delle città contemporanee è un’azione che porta benefici sia alla cittadinanza, sia all’ambiente. L’ex-sito di Elba è un perfetto esempio di spazio produttivo in disuso con edifici abbandonati al loro destino e la città di Ettlingen ha preso la decisione di riqualificarlo e di ridarlo alla cittadinanza, coinvolgendo attraverso il concorso internazionale Europan, architetti e ingegneri provenienti da tutta Europa. La tesi ha come obiettivo quello di proporre un progetto che tiene in considerazione le caratteristiche del luogo (naturali, culturali, architettoniche ed urbanistiche), integrandole alla conoscenza e comprensione del bando di concorso. Il progetto architettonico ed urbano vuole essere una soluzione alle debolezze del sito di progetto, ma anche uno strumento per dare maggiore importanza e amplificare l’effetto delle potenzialità ed opportunità di esso. La proposta progettuale punta alla creazione di un nuovo spazio multifunzionale, destinato sia ai nuovi residenti che andranno a vivere e lavorare ad ELBA, sia ai residenti delle aree limitrofe, i quali avranno accesso, al pari dei primi, a servizi e attività di diversa natura in un unico spazio. L’obiettivo è quello di mantenere il carattere produttivo originario del sito di Elba, con l’inserimento di attività produttive e commerciali, integrandolo con il nuovo carattere di spazio residenziale e integrazione sociale, con nuovi spazi e servizi per la collettività - aree verdi, piazze, orti urbani - e alloggi - per i lavoratori, per le famiglie, per anziani -, come provvisti dal piano per lo sviluppo della città di Ettlingen e richiesti dal bando di concorso, il tutto connesso con il territorio urbano tramite percorsi pedonali, ciclabili e nuove strade. La riqualificazione dell’area segue le indicazioni del concorso Europan 16, integrandolo con le idee progettuali elaborate in seguito allo studio dell’area di progetto e della città di Ettlingen

La radiazione di sincrotrone nelle pulsar

La radiazione di sincrotrone è il processo di radiazione più comune nella astrofisica delle alte energie in presenza di elettroni ultrarelativistici in moto in un campo magnetico. Sono attribuibili a questo processo le radio emissioni dei raggi cosmici (elettroni e positroni) della nostra galassia, dei resti di supernovae e delle sorgenti radio extragalattiche. In particolare, questa trattazione si soffermerà sullo studio dell’emissione tramite radiazione di sincrotrone da parte delle pulsar, stelle di neutroni in rapida rotazione e dotate di un campo magnetico, che ad intervalli estremamente regolari (periodo di rotazione) emettono radiazione coerente in regioni coniche allineate con l’asse magnetico, sotto forma di impulsi, secondo un processo che viene denominato ”effetto faro”.

Studio e caratterizzazione di sensori Silicon PhotoMultiplier (SiPM) per applicazioni di timing nell'esperimento ALICE 3

Lo studio che verrà presentato in questo lavoro di tesi riguarda la caratterizzazione di Silicon PhotoMultiplier (SiPM): essi sono sensori a semiconduttore che sono stati proposti per la realizzazione del layer Time-Of-Flight (TOF) del nuovo esperimento proposto ad LHC, ALICE 3. Sono stati testati sensori diversi, sia in termini di casa di fabbricazione (FBK o HPK), sia in termini di struttura; in particolare, i modelli a disposizione di produzione FBK sono singoli SPAD, singoli SiPM e mini-array di SiPM, mentre i modelli HPK sono tutti singoli SiPM. La caratterizzazione è avvenuta mediante misure di corrente e capacità del sensore al variare della tensione (curve IV e curve CV); l'obiettivo primario è studiare e confrontare tali andamenti, in modo da poter selezionare i sensori con caratteristiche simili per la costruzione del layer del TOF. Si è osservato che sensori della stessa casa produttrice e con la stessa struttura interna esibiscono comportamenti quasi sovrapponibili, dimostrando in generale una ottima uniformità.

Aliqua, lo sviluppo attraverso il design computazionale di un gilet di idratazione

“Viviamo in un periodo storico molto speciale, un periodo raro, un periodo in cui la confluenza di quattro campi sta fornendo ai designer strumenti che mai prima d’ora avevamo a disposizione.” Questo è ciò che Neri Oxman, designer e professoressa al MIT Media Lab, ha detto durante un Ted Talk tenutosi ormai sette anni fa. Il suo messaggio rimane così attuale e interessante, che continua ad ispirare ancora oggi tantissimi designer, scienziati e ingegneri, compreso me e questa tesi. Uno dei campi citati è il design computazionale. A seguito di una prima fase di ricerca è emerso che è già stato fatto molto in questo campo, ma c’è ancora tanto da esplorare. L’obiettivo di questa tesi è indagare l’uso di questa disciplina come booster creativo di cui il designer può avvalersi nelle diverse fasi del percorso progettuale. Per farlo, ho deciso di sperimentare tramite un esempio pratico: la progettazione di un gilet di idratazione per corridori. Inizialmente, sono stati studiati quali sono i requisiti che deve avere un progetto perché il designer possa sfruttare efficacemente il design computazionale durante tutta la progettazione. Nella fase di concept, è stato analizzato come l’approccio di questa disciplina aiuta il progettista nell’identificazione dei problemi e delle priorità progettuali. Sono poi stati usati e testati diversi strumenti del design computazionale, quali algoritmi e design generativo, per determinare alcune caratteristiche del prodotto definitivo. Il risultato di questo percorso di tesi è Aliqua, un gilet di idratazione per corridori più efficace e performante rispetto a quelli ora esistenti, progettato integrando il design intuitivo con quello computazionale. Sicuramente ci sono ancora molte cose che possono essere migliorate per rendere l’uso degli strumenti di questo campo più intuitivi e performanti, ma questa tesi dimostra che il design computazionale è fin da ora un valido alleato del designer durante tutte le fasi di progettazione.

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.

Statistical analysis of written languages

La tesi presenta una serie di risultati dell'analisi quantitativa sulla linguistica. Inizialmente sono studiate due fra le leggi empiriche più famose di questo campo, le leggi di Zipf e Heaps, e vengono esposti vari modelli sullo sviluppo del linguaggio. Nella seconda parte si giunge alla discussione di risultati più specifici sulla presenza di fenomeni di burstiness e di correlazioni a lungo raggio nei testi. Tutti questi studi teorici sono affiancati da analisi sperimentali, svolte utilizzando varie traduzioni del libro "Guerra e pace" di Leo Tolstoj e concentrate principalmente sulle eventuali differenze riscontrabili tra le diverse lingue.

Da Broadway alla gran via: La traduzione spagnola del musical The Lion King

Questa argomentazione tratta la traduzione e l'adattamento spagnolo del musical The Lion King. In primo luogo viene data una descrizione di che cos'è un musical, quali sono le sue origini, quali tematiche vengono affrontate e da quali numeri è composto lo spettacolo. Viene poi introdotto The Lion King con una breve descrizione del film per poi passare al "making of" del musical, abbiamo quindi una breve descrizione di scene, costumi e maschere. La terza parte è dedicata alla traduzione per la scena: vengono identificate le problematiche maggiori di questo campo della traduzione, si analizzano performability, speakability e soprattutto la singability, la caratteristica principale da tenere a mente quando si traduce un musical anche se spesso non gli viene attribuita l'importanza che merita. Viene poi introdotta la traduzione spagnola de El Rey León e del suo traduttore, Jordi Galcerán, di cui viene descritta una breve biografia in quanto il discorso è incentrato soprattutto nella sua esperienza di traduzione. L'ultima parte è l'analisi delle canzoni. Sono state selezionate sette canzoni di cui sono state analizzate nel dettaglio un minimo di due a un massimo di tre strofe. Ognuna di esse è affiancata dalla versione originale inglese in modo da avere subito chiare quali sono le differenze principali.

Inflazione cosmologica R^2

Lo scopo di questa tesi è illustrare il paradigma dell’inflazione cosmologica descrivendo in particolare la teoria dell’inflazione R^2. In una prima sezione si fa riferimento al contesto della relatività generale per descrivere l’universo su larga scala. Vengono prese in esame le ipotesi utilizzate per ottenere il modello standard della cosmologia e le principali proprietà che da esso possono essere ricavate. Si focalizza quindi l’analisi sulla descrizione dell’universo primordiale da cui traggono origine le ipotesi dell’esistenza dell’epoca inflazionaria esponendo, in particolare, come questa teoria riesca a risolvere i problemi della piattezza e dell’orizzonte cosmologico. Viene poi descritto come la fase di espansione esponenziale richiesta da queste ipotesi possa essere generata dalla presenza di un campo scalare φ specifico. Particolare risalto è dato alla descrizione dell’approssimazione di ”slow-roll” ed ai vincoli sul numero di ”e-folding”. Una seconda sezione mostra l’applicazione dell’analisi generale esposta in precedenza al modello di inflazione di Starobinsky. A tal fine sono descritte le caratteristiche delle teorie della gravità f(R) con particolare attenzione alle trasformazioni conformi e scelta del frame. Attraverso l’esposizione delle equazioni di campo cosmologiche nella teoria della gravità R^2 si mostra come il processo di espansione inflazionaria dell’universo nelle sue fasi iniziali possa essere descritto da un comportamento non standard della gravità ad alte energie. Sono riportati i risultati principali ottenuti con questa teoria nel frame di Jordan e in quello di Einstein. La conclusione descrive in sintesi lo stato attuale delle osservazioni sperimentali e come queste abbiano un legame stretto con la teoria delle perturbazioni cosmologiche. In particolare, presentando i risultati ottenuti nel contesto dell’inflazione R^2 ed esponendo gli ultimi dati raccolti dall’esperimento Planck, si analizza come il modello sia in accordo con i dati sperimentali attualmente disponibili.

Teorema del Viriale

In questo elaborato si presenta il teorema del viriale, introdotto per la prima volta da R. J. E. Clausius nel 1870. É una relazione fra energia cinetica e poteziale totali di un sistema che, se soddisfatta, implica che questo sia in equilibrio. Sono equivalenti le affermazioni: "sistema virializzato" e "sistema in equilibrio". Sebbene in ordine cronologico la prima formulazione del teorema sia stata quella in forma scalare, ricaveremo, per maggiore generalità, la forma tensoriale, dalla quale estrarremo quella scalare come caso particolare. Sono di nostro interesse i sistemi astrofisici dinamici autogravitanti costituiti da N particelle (intese come stelle, gas etc.), perciò la trattazione teorica è dedotta per tali configurazioni. In seguito ci concentreremo su alcune applicazioni astrofisiche. In primo luogo analizzeremo sistemi autogravitanti, per cui l'unica energia potenziale in gioco è quella dovuta a campi gravitazionali. Sarà quindi ricavato il limite di Jeans per l'instabilità gravitazionale, con conseguente descrizione del processo di formazione stellare, la stima della quantità di materia oscura in questi sistemi e il motivo dello schiacciamento delle galassie ellittiche. Successivamente introdurremo nell'energia potenziale un termine dovuto al campo magnetico, seguendo il lavoro di Fermi e Chandrasekhar, andando a vedere come si modifica il teorema e quali sono le implicazioni nella stabilità delle strutture stellari. Per motivi di spazio, queste trattazioni saranno presentate in termini generali e con approssimazioni, non potendo approfondire casi più specifici.

Campi magnetici in astrofisica: determinazione dell'intensità minima e massima del campo magnetico delle pulsar

L’intento dell’elaborato è quello di ricavare i limiti teorici ai quali è soggetta l’intensità del campo magnetico delle pulsar. Troveremo due relazioni: una che esprime il valore massimo dell’intensità del campo magnetico per una pulsar, e una che ne esprime il valore minimo. Combineremo infine i nostri due risultati in una disequazione, nella quale l'intensità del campo magnetico di una pulsar è minorata e maggiorata dai due termini trovati. Il valore massimo che può assumere l’intensità del campo magnetico di una pulsar verrà derivato dalla condizione di stabilità espressa dal teorema del viriale per un sistema sferico rotante in presenza di un campo magnetico. Enunceremo inizialmente il teorema del viriale nella sua forma generale, dopodiché ne presenteremo l'espressione in un caso statico in presenza di un campo magnetico. Abbandoneremo poi il caso statico per includere l'effetto della rotazione, non trascurabile nel caso delle pulsar. Dopo aver adattato la condizione di stabilità derivante dal teorema del viriale al nostro modello di pulsar, ricaveremo il valore massimo dell'intensità del campo magnetico. Il valore minimo che può assumere l’intensità del campo magnetico di una pulsar verrà ricavato uguagliando la potenza emessa dalla pulsar mentre ruota (approssimata ad un dipolo rotante) con la perdita di energia rotazionale che si osserva normalmente per questi oggetti. Otterremo alla fine due termini che delimitano i valori che può assumere l’intensità del campo magnetico per una pulsar. Sostituendo alla relazione trovata i valori di raggio e massa tipici per una pulsar, saremo in grado di riscrivere tale relazione unicamente in funzione del periodo di rotazione della pulsar e della sua derivata rispetto al tempo. Sostituiremo i valori di periodo e derivata temporale del periodo di una pulsar esistente per avere un’idea del range di valori sotteso dai due termini trovati.

Adiabatic extraction models for beam dynamics

Il presente lavoro prende le mosse da un problema di dinamica dei fasci relativo a un metodo di separazione di un fascio di particelle recentemente messo in funzione nell’sincrotrone PS al CERN. In questo sistema, variando adiabaticamente i parametri di un campo magnetico, nello spazio delle fasi si creano diverse isole di stabilità (risonanze) in cui le particelle vengono catturate. Dopo una parte introduttiva in cui si ricava, a partire dalle equazioni di Maxwell, l’hamiltoniana di una particella sottoposta ai campi magnetici che si usano negli acceleratori, e una presentazione generale della teoria dell’invarianza adiabatica, si procede analizzando la dinamica di tali sistemi. Inizialmente si prende in considerazione l’hamiltoniana mediata sulle variabili veloci, considerando perturbazioni (kick) dei termini dipolare e quadrupolare. In ognuno dei due casi, si arriva a determinare la probabilità che una particella sia catturata nella risonanza. Successivamente, attraverso un approccio perturbativo, utilizzando le variabili di azione ed angolo, si calcola la forza della risonanza 4:1 per un kick quadrupolare.

Utilizzo della TMS nella riabilitazione post-ictus

L’ictus è la terza causa di morte al mondo, dopo le malattie cardiovascolari e le neoplasie, causando il 10-12% di tutti i decessi all’anno, ed è la principale causa di invalidità e la seconda di demenza. Solamente il 25% dei pazienti sopravvissuti guarisce completamente, mentre il 75% sopravvive con qualche forma di disabilità, e la metà di questi presenta un’invalidità talmente grave da non essere più autosufficiente. Il peso di questo disturbo dal punto di vista economico è altrettanto importante. In tutto il mondo, l’ictus è responsabile di circa il 2-4% dei costi totali per la sanità, e più del 4% delle spese sanitarie dirette nei paesi industrializzati. È evidente la necessità ottimizzare la diagnosi, il trattamento e la riabilitazione di questo disturbo. Una delle tecniche emergenti per la riabilitazione post ictus è la stimolazione magnetica transcranica (TMS). La TMS è una tecnica non invasiva e indolore di neuro stimolazione e neuro modulazione che permette di stimolare o inibire alcune aree della corteccia cerebrale. Questo metodo prevede l’induzione di un campo elettrico all’interno del cervello per mezzo della variazione di un campo magnetico esterno, che genererà la depolarizzazione o iperpolarizzazione dei neuroni sottostanti, e la conseguente nascita di potenziali di azione. Quando viene applicata alla corteccia motoria primaria, la TMS può attivare il tratto corticospinale e provocare degli spasmi nei muscoli associati, ovvero dei potenziali motori evocati (MEP), che possono fornire informazioni su diversi parametri fisiologici. La TMS può essere utilizzata come strumento di diagnosi, prognosi e terapia, a seconda della tipologia di stimolazione utilizzata, dalla tipologia di bobina e dalla sede della stimolazione. Lo scopo di questo elaborato è di descrivere le recenti applicazioni della TMS nella riabilitazione post ictus, facendo una distinzione tra il suo utilizzo come strumento di prognosi e di terapia.

Formule analitiche per il calcolo delle perdite elettrodinamiche in cavi superconduttori ad alta temperatura critica.

Questo elaborato di tesi si concentra sul calcolo delle perdite che si verificano in cavi superconduttori ad alta temperatura critica per la fusione. La valutazione delle perdite riveste un ruolo di particolare importanza nella fase di progettazione di un cavo o di un avvolgimento superconduttore. Infatti, le proprietà superconduttive si manifestano a basse temperature (inferiori alla temperatura di transizione dalla fase normale alla fase superconduttiva) e di conseguenza è necessario configurare un apparato criogenico per il sistema. In tal senso, le perdite rientrano nel “budget” termico necessario a dimensionare correttamente il sistema di raffreddamento. Nel dettaglio, il lavoro verte sulla modellizzazione analitica e numerica delle perdite in una pila di nastri superconduttori in presenza sia di un campo magnetico esterno sia di una corrente di trasporto, entrambi con andamento variabile nel tempo. Gli obiettivi prefissati sono stati raggiunti grazie allo studio della letteratura e alle simulazioni numeriche, effettuate utilizzando dei software commerciali quali COMSOL Multiphysics e Matlab. Il contributo originale di questo elaborato è stato lo sviluppo di un nuovo modello analitico, che permette di calcolare le perdite per isteresi dovute a campi magnetici e correnti variabili periodicamente nel tempo. Le formule hanno carattere generale e possono essere utilizzate quando i campi e le correnti variano in fase seguendo degli andamenti periodici nel tempo di qualsiasi forma. Le simulazioni agli elementi finiti sono servite per validare le formule analitiche proposte. Le nuove relazioni ottenute sono state utilizzate per la stima delle perdite di un inserto ad alta temperatura critica del solenoide centrale di EU-DEMO (DEMOnstration Power Plant). Il modello analitico elaborato sarà pubblicato prossimamente su IEEE-Transactions on Applied Superconductivity.

Isolamento alla base di un edificio residenziale

L’isolamento alla base è una tecnica grazie alla quale una struttura è protetta dagli effetti di danneggiamento dei terremoti grazie all’istallazione alla base della struttura di elementi flessibili che aumentano il periodo fondamentale della struttura fino ad un valore sufficientemente lontano dal periodo dominante del sisma atteso, oppure grazie ad elementi scorrevoli che entrano in funzione quando i carichi laterali superano un livello predefinito. In questo modo, le deformazioni indotte da un sisma si ritroveranno principalmente al livello di questi elementi flessibili o scorrevoli e la struttura si muoverà essenzialmente come un corpo rigido.

Nuovo copolimero multiblocco a base di acido polilattico e acido 2,5-furandicarbossilico 100% biobased e compostabile per packaging sostenibile

Questo progetto di tesi sperimentale è incentrato sulla sintesi di un copolimero multiblocco alifatico/aromatico a partire da reagenti aventi origine da fonti rinnovabili. L’applicazione proposta per il prodotto è nell’ambito del packaging sostenibile. E’ stato prima sintetizzato il poli(pentametilene furanoato) idrossil-terminato (PPeF-OH) a partire dall’acido 2,5-furandicarbossilico; esso è stato poi sottoposto ad una reazione di estensione di catena con acido poli-L-lattico (PLLA) parzialmente depolimerizzato. L’innovativa strategia di sintesi utilizzata è in linea con i principi della green chemistry, partendo da building block bio-based ed evitando l’uso di solventi. Il copolimero finale, definito P(LLA50PeF50)-CE, è stato caratterizzato dal punto di vista molecolare, strutturale e termico attraverso, rispettivamente, analisi NMR e GPC, WAXS, TGA e DSC. Sono state anche effettuate prove a trazione, test delle proprietà barriera e valutazione della compostabilità. I risultati dimostrano che la stabilità termica del PLLA è stata migliorata, determinando anche un allargamento della finestra di processabilità del materiale; la rigidità e la fragilità del PLLA sono state ridotte, rendendo il nuovo materiale idoneo alla realizzazione di film per imballaggi flessibili. La permeabilità all’ossigeno del PLLA è stata migliorata del 40% circa e un analogo miglioramento è stato riscontrato anche rispetto all’anidride carbonica. Infine, la compostabilità del PLLA non è stata compromessa.