Progetto concettuale di dirigibile per trasporto di gas

Lo scopo principale di questo elaborato di tesi è poter fornire degli strumenti per il progetto concettuale di un dirigibile non-rigido e per valutare la fattibilità del trasporto di idrogeno gassoso. L’innovazione rispetto ai dirigibili utilizzati fino ad ora risiede nell’utilizzo di idrogeno sia come fonte di energia, che come gas di sollevamento; entrambi gli utilizzi verranno approfonditi con speciale attenzione alle problematiche legate alla sicurezza, fattore che ha interrotto l’uso dell’idrogeno come gas di sollevamento dagli anni ‘30. Oltre a ciò, verrà illustrato un breve confronto tra i due gas di sollevamento più utilizzati: elio ed idrogeno. Dopo un accenno storico, l’elaborato propone una metodologia per il dimensionamento di un dirigibile non-rigido, utilizzando strumenti matematici derivanti da modelli presenti in bibliografia e da considerazioni ed esperimenti svolti dai progettisti e dai ricercatori nei campi principali coinvolti nella progettazione dei dirigibili non-rigidi: aerodinamica, aerostatica, propulsione e stima delle masse. La progettazione di un dirigibile non-rigido ad idrogeno sicuro ed affidabile è influenzata dallo sviluppo di materiali che garantiscano, in primis, resistenza e bassa permeabilità: verrà presentato uno schema di un materiale composito laminato che potrebbe garantire requisiti di sicurezza superiori ai materiali utilizzati in passato, dei quali si farà un accenno. Alla fine dell’elaborato sarà presentato un caso di studio dove verranno utilizzati gli strumenti illustrati nella prima parte della tesi, con l’obbiettivo finale di dimensionare un dirigibile non-rigido ad idrogeno. Per questo caso di studio è stato implementato un breve codice MATLAB. A conclusione di questo lavoro di tesi si può dire che la fattibilità di un dirigibile per trasporto idrogeno dipende dallo sviluppo di materiali e tecniche adeguate alla gestione dell’idrogeno che costituisce enormi problematiche a livello di sicurezza.

Principali reazioni termo-nucleari nelle stelle

Le reazioni termo-nucleari sono un particolare tipo di reazioni nucleari che avvengono nelle stelle e che ne assicurano il rifornimento energetico. Esse sono la principale fonte di energia nelle stelle, in quanto la fusione di elementi leggeri (in particolare fino al ferro) risulta essere esotermica. La fusione di elementi leggeri produce elementi più pesanti, a partire dalla fusione dell'idrogeno, che produce elio, fino alla fusione del silicio, che produce nichel. Solamente le stelle con massa maggiore di 8 masse solari, tuttavia, hanno massa necessaria a raggiungere la combustione del silicio. Le stelle meno massive sono destinate ad arrestarsi alla fusione di elementi più leggeri e a diventare delle nane bianche. Oltre alla fusione di elementi leggeri, esistono altre reazioni negli interni stellari in grado di fornire energia e formare nuovi elementi. Esse sopraggingono in larga parte nelle fasi finali della vita di una stella, quando le temperature all'interno dei nuclei stellari sono particolarmente elevate. Ne sono un esempio le catture alfa, le catture neutroniche e la fotodisintegrazione. L'insieme delle reazioni termo-nucleari che avvengono nel corso della vita di una stella permettono la creazioni di nuovi elementi, che vengono poi riemessi nel mezzo interstellare tramite esplosioni di supernova e fungono da materiale fondante per la nascita di nuove stelle. Nella seguente tesi verranno affrontate le principali reazioni termo-nucleari che avvengono negli interni stellari, dalla fusione di elementi leggeri fino alle fasi finali della vita di una stella.

Dinamica dei due e/o pochi corpi: sistemi binari, sistema solare

La dinamica dei due corpi è un problema di meccanica celeste di grande rilevanza per l’astrofisica, permette di studiare l’interazione tra due masse puntiformi che si muovono sotto una mutua attrazione gravitazionale, descritta dalle leggi universali della gravi- tazione di Newton. Inoltre è l’unico problema riguardante la dinamica gravitazionale per il quale si ha una completa e generale soluzione analitica. Nel capitolo 1 vengono introdotti gli strumenti matematici e il formalismo alla base del problema dei due corpi, utile per lo studio dell’interazione gravitazionale tra due masse puntiformi; arrivando a ricavare anche le leggi di Keplero. Risulta immediato immaginare che i sistemi osservati nell’universo non siano strettamente formati da soli due corpi, bensì potrebbe capitare che il numero n di corpi sia tale che n > 2. Successivamente, nel capitolo 2, viene trattato un caso più generale del problema dei due corpi, il problema dei tre corpi. Come si può intuire in questo caso si estenderà l’analisi all’interazione gravitazionale di 3 corpi, trattando inizialmente il problema nel quale uno dei tre corpi ha massa trascurabile rispetto agli altri due, detto problema dei tre corpi circolare ristretto. A seguire si tratta il caso generale del problema dei tre corpi, in cui le masse sono tra loro confrontabili. Al contrario del problema dei due corpi quello dei tre corpi non ha una soluzione analitica, viene risolto numericamente. In conclusione, nel capitolo 3, si trattano le interazioni di stelle o altri corpi in sistemi binari o a tre corpi, con alcune applicazioni astrofisiche. Vengono messi in luce esempi riguardanti il problema dei due corpi in ammassi globulari e dei tre corpi nel sistema solare, trattando in questo caso l’effetto dell’interazione a più corpi sulla precessione del perielio di Mercurio.

Il framing politico in Italia e in Germania: analisi e confronto di frames ricorrenti in ambito immigrazione

Questo elaborato ha come obiettivo quello di mettere a confronto alcuni dei frames ricorrenti nei dibattiti politici tedeschi e italiani, per poi analizzare in che modo essi riescano a influenzare il nostro pensiero. Data l’impossibilità di trattare il fenomeno del framing politico a tutto tondo, l’ambito da cui provengono i frames scelti per l’analisi è quello dell’immigrazione e dei fenomeni migratori. In un primo momento verrà fornita una breve introduzione su alcuni concetti fondamentali alla base del framing, come la simulazione cognitiva e gli stessi frames. Ogni parola, infatti, è inserita all’interno di una “cornice” di significato, che comprende altri concetti ad essa collegati. L’attivazione di quei concetti a livello mentale da un lato ne permette la comprensione, ma dall’altro è in grado di influenzare le nostre scelte e le nostre azioni. Il fatto che politici e media scelgano con molta attenzione le parole da usare per ottenere l’effetto desiderato sulla popolazione prende il nome di framing. Per quanto riguarda i termini ricorrenti in ambito immigrazione, sia in Italia che in Germania si fa largo uso di metafore legate a masse d’acqua e a catastrofi naturali, che hanno l’effetto di disumanizzare i migranti, i quali vengono inoltre percepiti come un pericolo. Alcuni esempi in italiano sono ondata di migranti e tsunami di migranti, che corrispondono ai tedeschi Flüchtlingsflut e Flüchtlings-Tsunami.

Reti neurali convoluzionali nell'elaborazione di immagini mammografiche

Il tema centrale di questa tesi è il Machine Learning e la sua applicabilità nella ricostruzione di immagini biomediche, nello specifico di immagini mammarie. Il metodo attualmente più diffuso per la rilevazione del tumore al seno è la Mammografia 2D digitale, ma l’interesse mostrato ultimamente verso la Tomosintesi ha dimostrato una migliore capacità di diagnosi tumorale, anche ai primi stadi. Sebbene le due tecniche combinate siano in grado di rilevare anche la minima lesione, questo comporta una sovraesposizione alle radiazioni. Lo scopo finale, perciò, è quello di fornire un valido strumento di supporto per la caratterizzazione automatica di masse e opacità in immagini di tomosintesi, così da sottoporre il paziente ad un singolo esame radiografico. L'obiettivo è stato dunque ricostruire, tramite reti neurali Convoluzionali, immagini sintetiche di Tomosintesi di qualità superiore e il più possibile vicine a quelle di mammografia 2D. Sono state presentate nel dettaglio le due tecniche di imaging, le problematiche ad esse legate ed un approfondito confronto dosimetrico. Dopo una trattazione teorica dei principi delle CNN, sono state riportate le caratteristiche delle architetture di rete realizzate nella parte progettuale dell’elaborato. Sono stati valutati i comportamenti dei differenti modelli neurali per uno stesso Dataset di immagini di Tomosintesi, individuandone il migliore in termini di prestazioni finali nelle immagini di Test. Dagli studi effettuati è stata provata la possibilità, in un futuro sempre più prossimo, di applicare la Tomosintesi, con l’ausilio delle reti Convoluzionali, come tecnica unica di screening e di rilevazione del tumore al seno.

Progetto preliminare e modellazione CAD di UAV ad ala rotante per impieghi agricoli

In questa tesi viene descritto uno studio preliminare su un velivolo ad ala rotante UAV (Unmanned Aerial Veichle) per supportare l'agricoltura di precisione. E' stato implementato in ambiente Matlab un semplice modello matematico per stimare la trazione del rotore principale in un elicottero. Successivamente, è stata presa in considerazone una meccanica commerciale per modellismo che potrebbe essere adottata per sveltire i tempi di sviluppo di questo UAV: la Graupner UNI-Mechanics 2000. E' stato, quindi, modellato al CAD un prototipo di struttura da realizzare tramite tecniche di Additive Manufacturing: questa parte è stata concepita per essere collegata alla meccanica dell'elicottero e può ospitare due taniche contenenti le sostanze da irrorare sulle colture. A livello di sviluppo futuro, si propone di applicare tecniche di ottimizzazione topologica alla struttura di collegamento per ottenere uno sfruttamento ottimale del materiale e ridurre le masse di questo componente.

Analisi dei tornado del 19 settembre 2021 in Pianura Padana tramite simulazioni numeriche ad altissima risoluzione

Il 19 settembre 2021 si sono formati in poche ore 7 tornado tra Lombardia ed Emilia Romagna, 4 dei quali di intensità F2. Una simile sequenza di tornado in Pianura Padana non ha precedenti. Il caso studio è stato analizzato sia dal punto di vista delle osservazioni che attraverso simulazioni numeriche ad altissima risoluzione con la catena modellistica BOLAM-MOLOCH, allo scopo di comprendere i meccanismi fisici che hanno portato alla genesi delle supercelle tornadiche. E' stata verificata la capacità del modello MOLOCH di simulare accuratamente lo sviluppo delle supercelle, alla luce dei modelli teorici in letteratura. Tramite le osservazioni al suolo, è stato osservato come durante l'evento sulla Pianura Padana si sia creato un "punto triplo", ossia una convergenza tra tre masse d'aria con caratteristiche diverse, nei pressi di dove si sono verificati i tornado. Per l'innesco della convezione è stato fondamentale il contributo di un cut-off low in quota, associato a un fronte freddo al suolo sulla pianura lombarda. Inoltre, l'avvezione di aria umida e instabile dall'Adriatico verso i settori di innesco, in prossimità della superficie, ha rivestito un ruolo rilevante. In Emilia invece è stata probabilmente determinante una convergenza tra il flusso instabile di origine adriatica e il flusso sud-occidentale sceso dagli Appennini. Per quanto riguarda l'intensificazione e il successivo sviluppo delle supercelle e dei tornado, sono state individuate due sorgenti principali di vorticità orizzontale: la vorticità baroclina che si è generata lungo il fronte freddo in Lombardia e la vorticità generata dallo shear verticale in presenza di un low-level jet. La circolazione nei bassi strati atmosferici ha trasportato la vorticità generata da entrambe queste sorgenti verso i sistemi convettivi in Lombardia, dove il processo di tilting ha trasformato la vorticità orizzontale in vorticità verticale ciclonica.

Analisi di curve di luce del pianeta XO-2b tramite la tecnica della variazione dei tempi di transito.

La ricerca di esopianeti è un ambito astrofisico in continua evoluzione. Nuovi metodi vengono proposti con l’obiettivo di individuare pianeti con una varietà di caratteristiche sempre più ampia, per poter definire al meglio la storia di formazione ed evoluzione dei sistemi planetari. Un metodo recente in grado di caratterizzare pianeti di piccola massa è lo studio della variazione del tempo di transito (TTV), basato sulla modulazione del periodo orbitale di un pianeta noto causata dalla perturbazione di un corpo aggiuntivo. In questo lavoro proponiamo l’analisi delle curve di luce del pianeta XO-2Nb al fine di individuare TTV. Questo sistema è di particolare rilevanza poiché ospitato dalla prima stella binaria wide in cui entrambe le componenti presentano un proprio sistema planetario. Tra le due stelle solo XO-2N presenta un pianeta transitante, requisito per l’applicazione del metodo proposto. L’analisi dei dati è stata svolta utilizzando il metodo della fotometria differenziale di apertura, normalizzando la curva di luce del target ad altre due stelle di riferimento presenti nel campo di vista dello strumento. I risultati ottenuti evidenziano l’assenza di variazioni di periodo orbitale per XO-2Nb e sono consistenti con un’effemeride lineare. La nuova effemeride calcolata risulta tre volte più precisa rispetto al più recente studio in letteratura, e permetterà di predire futuri transiti con una precisione migliore di un minuto fino al 2035. Abbiamo stabilito un limite superiore all’ampiezza del TTV permessa dai nostri dati, ricavando il valore massimo della massa di un eventuale pianeta perturbatore, pari a 0.15 masse terrestri. Abbiamo ricavato in maniera indipendente i parametri fisici ed orbitali di XO-2Nb, confermando e raffinando i valori presenti in letteratura. I risultati ottenuti suggeriscono che, in determinati casi, l’analisi fotometrica eseguita utilizzando telescopi medio-piccoli da terra può essere competitiva con i più avanzati telescopi spaziali.