Ab initio quantum mechanical investigation of structural and chemical-physical properties of selected minerals for minero-petrological, structural ceramic and biomaterial applications

The purpose of this thesis is the atomic-scale simulation of the crystal-chemical and physical (phonon, energetic) properties of some strategically important minerals for structural ceramics, biomedical and petrological applications. These properties affect the thermodynamic stability and rule the mineral-environment interface phenomena, with important economical, (bio)technological, petrological and environmental implications. The minerals of interest belong to the family of phyllosilicates (talc, pyrophyllite and muscovite) and apatite (OHAp), chosen for their importance in industrial and biomedical applications (structural ceramics) and petrophysics. In this thesis work we have applicated quantum mechanics methods, formulas and knowledge to the resolution of mineralogical problems ("Quantum Mineralogy”). The chosen theoretical approach is the Density Functional Theory (DFT), along with periodic boundary conditions to limit the portion of the mineral in analysis to the crystallographic cell and the hybrid functional B3LYP. The crystalline orbitals were simulated by linear combination of Gaussian functions (GTO). The dispersive forces, which are important for the structural determination of phyllosilicates and not properly con-sidered in pure DFT method, have been included by means of a semi-empirical correction. The phonon and the mechanical properties were also calculated. The equation of state, both in athermal conditions and in a wide temperature range, has been obtained by means of variations in the volume of the cell and quasi-harmonic approximation. Some thermo-chemical properties of the minerals (isochoric and isobaric thermal capacity) were calculated, because of their considerable applicative importance. For the first time three-dimensional charts related to these properties at different pressures and temperatures were provided. The hydroxylapatite has been studied from the standpoint of structural and phonon properties for its biotechnological role. In fact, biological apatite represents the inorganic phase of vertebrate hard tissues. Numerous carbonated (hydroxyl)apatite structures were modelled by QM to cover the broadest spectrum of possible biological structural variations to fulfil bioceramics applications.

Taratura di un calibratore di attività per radionuclidi emettitori di positroni a brevissimo tempo di dimezzamento

I calibratori di attività sono strumenti fondamentali in medicina nucleare, utilizzati da ogni struttura al fine di quantificare l’attività di radiofarmaco da somministrare al paziente. L'accurata taratura di questi strumenti richiederebbe la disponibilità di sorgenti di riferimento certificate per ciascun radionuclide di interesse; tuttavia vi è una importante serie di casi in cui questo metodo non è praticabile a causa delle caratteristiche del radionuclide, come ad esempio il brevissimo tempo di dimezzamento. Lo scopo di questo studio è stato determinare il fattore di taratura per un radioisotopo PET a brevissimo tempo di dimezzamento, il 11C, per il quale non sono commercialmente reperibili delle sorgenti certificate, eseguendo un’accurata misura dell’efficienza di rivelazione di un moderno rivelatore per spettrometria allo specifico valore di energia di 511 keV dei fotoni di annichilazione. Lo strumento utilizzato è un nuovo rivelatore a CZT (tellururo di cadmio-zinco), il Kromek GR1, un rivelatore compatto che opera a temperatura ambiente, caratterizzato da una interessante risoluzione energetica e da una efficienza di rivelazione contenuta, quest’ultima adeguata per l’analisi di campioni che hanno un’attività relativamente elevata, come di frequente accade nei siti di produzione dei nuclidi radioattivi. Le misure sperimentali sono state eseguite cercando di ottimizzare ogni passaggio al fine di minimizzare le incertezze, in modo da ottenere una stima accurata del fattore di taratura, secondo una modalità tracciabile ad uno standard accreditato NIST e riproducibile per qualunque altro radioisotopo PET. Potranno quindi essere constatati i fattori di taratura noti di altri radionuclidi e successivamente stimati i fattori per radioisotopi sperimentali anche mediante diversi modelli di calibratori.

Climatological characterization and dynamics of barrier winds in the italian region

Il vento di barriera (VB) è un fenomeno meteorologico a mesoscala che interessa il flusso nei bassi strati atmosferici ed è dovuto all'interazione con l'orografia. Se il numero di Froude upstream è sufficientemente piccolo si genera una deviazione orizzontale del flusso incidente. Si può raggiungere uno stato quasi-stazionario, nel quale un intenso vento soffia parallelo all'orografia nei bassi strati. Nel presente lavoro si è innanzitutto sviluppata una climatologia degli eventi di VB nella regione italiana su un periodo biennale. Gli eventi sono stati classificati per la velocità del flusso incidente e la velocità e direzione del VB a 950 hPa, e per il numero di Froude upstream. Si è poi studiata la distribuzione degli eventi rispetto al numero di Froude. La climatologia è risultata in buon accordo con la teoria idealizzata dei flussi sopra l'orografia. Tre casi di studio sono stati successivamente simulati utilizzando i modelli BOLAM e MOLOCH dell'istituto CNR-ISAC di Bologna. Per ciascun evento sono stati calcolati il numero di Froude upstream e i parametri principali, quali velocità, estensione, temperatura ecc. Per uno dei casi, riguardante le Alpi orientali, le simulazioni sono state confrontate con dati osservati di vento, pressione, temperatura e precipitazione. Sono poi stati condotti dei sensitivity tests con orografia diminuita su ognuno degli eventi. È stata così verificata l'importanza dell'effetto orografico e l'intensità del fenomeno del VB è stata associata al numero di Froude. Un indice, denominato Barrier Wind Index (BWI) è stato ideato a tale scopo. Le simulazioni hanno mostrato un buon accordo con la teoria, indicandone i limiti di applicabilità all'atmosfera reale. In particolare, il Barrier Wind Index tende ad aumentare linearmente al diminuire del numero di Froude. Le simulazioni hanno evidenziato l'elevata influenza del VB sulla circolazione atmosferica a mesoscala, sulla distribuzione e intensità della precipitazione e sull'avvezione di temperatura e umidità.

Modello matematico dell'integrazione audio-visiva e del suo sviluppo in un ambiente multisensoriale

L'integrazione multisensoriale è la capacità da parte del sistema nervoso centrale di integrare informazioni provenienti da diverse sorgenti sensoriali. In particolare, l'integrazione audio-visiva avviene anche nelle cortecce visive e acustiche, in principio ritenute puramente unisensoriali. L'integrazione audio-visiva non è un'abilità innata, ma si sviluppa progressivamente nel tempo sulla base dell'esperienza. In questa Tesi viene presentato un modello matematico di rete neurale in grado di simulare lo sviluppo in un ambiente multisensoriale dei neuroni delle cortecce primarie visive e uditive nei primi mesi di vita di un neonato, e gli effetti dell'integrazione audio-visiva successivi a tale addestramento. In particolare il modello vuole mostrare, a partire da una condizione basale in cui i neuroni visivi e acustici non sono in grado di discriminare spazialmente la posizione degli input esterni e in cui non sussiste alcuna correlazione tra le due aree corticali primarie visive e uditive, come l'addestramento migliori la precisione della percezione spaziale degli stimoli esterni e come si stabiliscano tra le due aree in esame dei collegamenti stabili a lungo termine. Terminato l'addestramento, si verifica se la rete sia in grado di riprodurre gli effetti di integrazione audio-visiva nella corteccia primaria, quali la "cattura" dello stimolo acustico da parte di quello visivo (ventriloquismo) e il rafforzamento della risposta neurale allo stimolo acustico se contemporaneamente accompagnato da uno stimolo visivo nella stessa posizione spaziale (enhancement). Il modello potrebbe essere utilizzato in futuro anche per simulare altri fenomeni illusori come il fenomeno offline del ventriloquismo e il ventriloquismo a livello temporale.

Emissione di pre-equilibrio nelle reazioni 16o + 65cu e 19f + 62ni

Il presente lavoro e’ stato svolto nell'ambito della collaborazione NUCLEX, esperimento della Commissione Nazionale 3 dell'INFN per lo studio della dinamica delle reazioni nucleari indotte da ioni pesanti. In particolare l'oggetto della tesi riguarda l'analisi della competizione fra i diversi processi di emissione di particelle cariche leggere da sistemi composti. Piu’ precisamente in questa tesi si studiano e si confrontano le emissioni da sorgenti equilibrate e di pre-equilibrio di particelle alfa e protoni per due diverse reazioni di fusione, 16O +65Cu a 256 MeV e 19F +62Ni a 304 MeV, che portano entrambe alla formazione del nucleo composto 81Rb. I due sistemi sono stati scelti in modo da avere una reazione indotta da un proiettile costituito da un numero intero di particelle alfa (alfa-cluster) (16O) ed una seconda indotta da un proiettile non alfa cluster (19F), con la medesima energia del fascio (16 MeV/n). Lo scopo e’ di cercare evidenze sulla struttura a cluster di alfa dei nuclei con numero di massa A multiplo di 4 ed N=Z. Allo scopo di evidenziare i contributi delle diverse sorgenti di emissione delle particelle si e’ appli- cata la tecnica del Moving Source Fit agli spettri delle particlelle emesse e rivelate con l'apparato GARFIELD in coincidenza con i residui di evaporazione misurati tramite il rivelatore anulare Ring Counter. I risultati sperimentali ottenuti applicando la tecnica del Moving Source Fit ai nostri dati sperimentali sono interessanti e sembrano contraddire la maggiore emissione di particelle alfa da parte del sistema con proiettile a struttura alfa-cluster 16O. Le possibili ipotesi alla base di questo risultato abbastanza sorprendente sono tuttora in fase di discussione e saranno oggetto di ulteriori verifiche tramite lo studio di correlazioni piu’ esclusive e confronto con modelli di pre-equilibrio complessi.

Ricerca di nuove strategie differenziative: Analisi degli effetti di stimoli fisici e molecolari su cellule mesenchimali umane isolate da tessuto adiposo

Introduzione. Le cellule mesenchimali derivate dal tessuto adiposo (hASC) rappresentano un importante strumento per la terapia cellulare, in quanto derivano da un tessuto adulto abbondante e facilmente reperibile. Con il dispositivo medico Lipogems l’isolamento di tali cellule è eseguito esclusivamente mediante sollecitazioni meccaniche. Il prodotto ottenuto è quindi minimamente manipolato e subito utilizzabile. Ad oggi, il condizionamento pro-differenziativo delle staminali è per lo più attuato mediante molecole di sintesi. Tuttavia, altri fattori possono modulare la fisiologia cellulare, come gli stimoli fisici e molecole naturali. Onde elettromagnetiche hanno indotto in modelli cellulari staminali l’espressione di alcuni marcatori di differenziamento e, in cellule adulte, una riprogrammazione, mentre estratti embrionali di Zebrafish sono risultati antiproliferativi sia in vitro che in vivo. Metodi. La ricerca di nuove strategie differenziative sia di natura fisica che molecolare, nel particolare onde acustiche ed estratti embrionali di Zebrafish, è stata condotta utilizzando come modello cellulare le hASC isolate con Lipogems. Onde acustiche sono state somministrate mediante l’utilizzo di due apparati di trasduzione, un generatore di onde meccaniche e il Cell Exciter . I trattamenti con gli estratti embrionali sono stati effettuati utilizzando diverse concentrazioni e diversi tempi sperimentali. Gli effetti sull’espressione dei marcatori di staminalità e differenziamento relativi ai trattamenti sono stati saggiati in RT-PCR quantitativa relativa e/o in qPCR. Per i trattamenti di tipo molecolare è stata valutata anche la proliferazione. Risultati e conclusioni. La meta-analisi dei dati delle colture di controllo mostra la stabilità d’espressione genica del modello. I trattamenti con i suoni inducono variazioni dell’espressione genica, suggerendo un ruolo regolatorio di tali stimoli, in particolare del processo di commitment cardiovascolare. Due degli estratti embrionali di Zebrafish testati inibiscono la proliferazione alle 72 ore dalla somministrazione. L’analisi d’espressione associata ai trattamenti antiproliferativi suggerisce che tale effetto abbia basi molecolari simili ai processi di differenziamento.

Il microcredito in alcuni Paesi europei: strumento polimorfo tra inclusione sociale e sviluppo finanziario.

La tesi analizza il fenomeno del microcredito in Europa, approfondendo le cause che hanno reso necessaria l’introduzione di questo strumento finanziario anche in economie profondamente diverse da quella in cui ha avuto origine ed esamina le trasformazioni che lo strumento ha subito durante il suo processo di adattamento ai paesi evoluti. Lo studio esamina il microcredito in Francia, Inghilterra, Spagna e Germania, soffermandosi ad analizzare, in ognuno dei suddetti Stati, la disciplina giuridica adottata (qualora esistente), le istituzioni micro finanziarie esistenti, le caratteristiche del settore e le fonti di finanziamento. L’obiettivo dell’analisi è pertanto quello di comprendere come nei Paesi europei convivano contemporaneamente modelli di microcredito profondamente diversi, a seconda del contesto economico, politico e sociale nel quale trovano applicazione. La tesi si concentra ad analizzare il microcredito in Italia, valutando il rapporto esistente tra questo strumento finanziario ed il problema dell’esclusione sociale, dell’immigrazione e dell’usura. Lo studio approfondisce, inoltre, la disciplina giuridica del microcredito adottata in Italia dopo le recenti modifiche introdotte dal D.lgs n. 169/2012. Il lavoro si sofferma ad analizzare, altresì, se e quali interventi, a livello internazionale ed europeo, sono stati programmati per dare al microcredito una cornice legislativa unitaria e per promuoverne lo sviluppo. L’attività di ricerca infine è volta a valutare, sulla base delle esperienze descritte dalla letteratura del settore, gli effetti prodotti dal microcredito, nonché ad approfondire alcune problematiche comuni ai programmi adottati negli Stati europei, quali la sostenibilità delle istituzioni di microcredito, la dipendenza dai sussidi e l’applicazione di tassi di interesse elevati. La tesi si conclude con l’analisi del rapporto esistente tra microcredito e crisi finanziaria, in un periodo storico in cui le politiche per l’occupazione ed il sostegno alla piccola impresa sono fondamentali per stimolare la ripresa economica.

Modellazione della qualita delle acque superficiali: "applicabilita e validazione del QUAL2K sull'asta principale del Canale Emiliano Romagnolo"

Scopo dell'elaborato è quello di verificare l'applicabilità del modello di qualità fluviale, monodimensionale, QUAL2K al sistema idrico del CER. Il risultato conseguito rispecchia le ipotesi iniziali dello studio. Il modello sotto determinate ipotesi bene si presta a modellare le caratteristiche idrauliche e di qualità del Canale Emiliano Romagnolo.

Analisi del collasso sismico del Santuario della Beata Vergine della Coronella

Il presente elaborato tratta l'analisi del collasso sismico del Santuario della Beata Vergine della Coronella sito a Galliera (Bo).Partendo dalla progettazione e verifica di una nuova copertura in legno lamellare si procede realizzando, per mezzo del software Straus7, due modelli del Santuario,uno con la nuova copertura e uno con la copertura crollata. Questi verranno poi, analizzati staticamente e dinamicamente e dal confronto dei risultati delle analisi verranno valutate le criticità e le migliorie apportate alla muratura, a seguito della realizzazione del nuovo tetto.

Definizione e validazione di un modello elettromeccanico per l'ottimizzazione dei servomeccanismi nelle macchine automatiche

In questo lavoro viene mostrato come costruire un modello elettromeccanico per il sistema costituito da motore elettrico-riduttore-trasmissione-carico. Il modello è progettato per essere implementato su software di simulazione. Sono illustrati aspetti relativi ai componenti del sistema, alla dinamica dei meccanismi, a modelli di perdite elettriche nei motori ed alle modalità di costruizione del software di simulazione. Sono infine mostrati i risultati di alcune simulazioni.

Analisi del fenomeno bring your own device: La nuova sfida per affrontare la mobilita lavorativa analizzata all?interno di una multinazionale farmaceutica.

Imprese di piccole e grandi dimensioni hanno dovuto convivere con il ritmo di uscita di nuovi e più potenti modelli di PC, consolle per videogiochi, telefoni cellulari, tablet, fotocamere digitali. I cicli di vita si sono ridotti drasticamente, tanto da far sembrare un’emergenza il rilascio di un nuovo prodotto quasi ogni anno. Le aziende, se ancora non lo hanno fatto, sono chiamate ad affrontare una transizione interna per aggiornare le politiche aziendali in modo da stare al passo con il progresso tecnologico. Se un tempo le regole interne vietavano o scoraggiavano l’utilizzo di dispositivi personali nell’ambiente di lavoro, nell’era moderna sono costrette ad accettarlo se non addirittura ad incoraggiarlo ed il fenomeno che mi accingerò ad analizzare in questo elaborato, denominato Bring Your Own Device (BYOD), punta proprio all’esplorazione degli sforzi progettuali che sono richiesti ad una grande azienda multinazionale per poter recepire i trend informatici. Con più di cinque miliardi di dispositivi mobili in tutto il mondo – e solo 2 miliardi di computer – il passaggio al ‘mobile’ come forma principale di collegamento alle reti aziendali procede con sempre maggiore rapidità. Negli anni recenti si è potuto assistere all’evoluzione del panorama di dispositivi portatili che ha permesso ad un pubblico di users sempre più vasto di potersi permettere l’acquisto di dispositivi di ultima generazione a prezzi non proibitivi. I fornitori di tecnologie hanno confezionato prodotti sempre più pensati per un uso privato, fornendo un’ampia scelta di soluzioni non solo a livello enterprise, come accadeva agli albori del boom tecnologico, ma maggiormente rivolte al singolo consumatore. Guardando ai trend sviluppatisi negli anni recenti, è possibile riconoscere una scia di segnali che preannunciavano quanto sta avvenendo adesso con il BYOD.

Simulazione numerica di celle solari in silicio ad eterogiunzione ad un sole e in concentrazione

Il lavoro di tesi ha come obiettivo lo studio e lo sviluppo tramite simulazioni numeriche di due celle in silicio ad eterogiunzione, una con parametri forniti dal CNR (Comitato Nazionale delle Ricerche) ed un’altra di tipo HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer). Lo studio e lo sviluppo delle due celle sono stati effettuati mediante un flusso TCAD il quale permette una maggiore flessibilità e completezza nella descrizione dei modelli fisici ed elettrici.

L'immagine di Roma nella cultura russa tra fine XVIII secolo e inizio XIX secolo

Nella tesi si osserva come nella cultura russa cambiava l’immagine di Roma. Se ancora alla fine del settecento l’antichità romana poteva risultare solamente uno strumento retorico-filologico da utilizzare per fare il proprio discorso più convincente, la generazione dei decabristi la stessa antica romanità la accostava alla cultura e storia russe tramite gli elevati ideali civici. La romanità ora risultava uno strumento di analisi della esperienza storica e politica della Russia anche nel contesto europeo. Da qui nasceva una serie di modelli russi legati all’antica Roma: il Catone di Radiscev, il Bruto dei decabristi, ecc. Vi attingeva generosamente anche una corrente di lirica russo-antica con i suoi ricchi riferimenti agli autori classici, Ovidio, Tacito, Orazio. Nasceva così una specie di Roma antica russa che viveva secondo le sue regole etiche ed estetiche. Con il fallimento dell’esperienza decabrista cambia anche l’approccio alle antichità: ci si distacca dalla visione storico-morale dell’antico, Roma non è più una categoria da emulare, ma una storia a sé stante e chiusa in sé stessa come ogni periodo storico. Essa smette di essere un criterio universale di giudizio etico e morale. Allo stesso tempo, una parte integrante della cultura russa all’epoca era il viaggio a Roma. I russi cresciuti con interesse e amore verso la Roma antica, impazienti ed emozionati, desideravano ora di vedere quella patria dei classici. Era come se fosse un appuntamento fra gli amici di vecchia data. Si affrettava a verificare di persona le muse di storia e di poesia. E con tutto questo si imparavano ad amare tutti i defetti della Roma reale, spesso inospitale, la Roma del dolore e della fatica. La voce importante nel racconto romano dei russi era anche la Roma del cristianesimo, dove ritrovare e ricoprire la propria “anima cristiana”.

Metodi di approssimazione saddlepoint ed applicazioni finanziarie

I metodi saddlepoint studiati nella tesi permettono di approssimare la densità di una variabile aleatoria a partire dalla funzione generatrice dei cumulanti (ricavabile dalla funzione caratteristica). Integrando la densità saddlepoint si ottiene la formula di Lugannani-Rice (e ulteriori generalizzazioni) per approssimare le probabilità di coda. Quest'ultima formula è stata poi applicata in ambito finanziario per il calcolo del prezzo di un'opzione call rispetto a vari modelli (Black-Scholes, Merton, CGMY)e in ambito assicurativo per calcolare la probabilità che il costo totale dei sinistri in una polizza non superi una certa quota fissata.

Identificazione di attività motorie a partire da misure con sensori indossabili: una revisione critica della letteratura

La revisione qui riportata valuta tutte le modalità di identificazione di task motori e posturali attraverso l'uso di sensori indossabili, principalmente accelerometri. Essa ha lo scopo di illustrare i sensori e gli algoritmi utilizzati in 23 articoli scelti in base alla loro qualità secondo una metodologia personalizzata di ricerca per fare il punto degli studi in questo campo, fino a questo momento. I dati estratti vengono utilizzati per individuare gli aspetti chiave riportati negli articoli, specialmente riguardanti l'algoritmo, focus della nostra revisione. Secondo questo criterio vengono selezionati 13 articoli, i quali si soffermano maggiormente sui modelli di approccio utilizzati, al fine di ottenere la più elevata accuratezza nell'identificazione. Questa in generale varia tra l'80-90% per i task motori più conosciuti(camminata, corsa e altri) mentre rimane limitata, intorno al 60-70% quando vengono analizzati i movimenti specifici degli arti superiori o inferiori.