Laboratorio di fisica dell'ambiente
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento intende introdurre gli studenti allo studio di problematiche relative alla qualità dell'aria (con particolare riferimento al particolato atmosferico e alle sue proprietà). Il laboratorio ha l'obiettivo di fornire agli studenti le conoscenze relative alle metodologie sperimentali avanzate in uso per lo studio delle proprietà del particolato atmosferico oltre che di tecniche di analisi dati necessarie per l'interpretazione dei fenomeni osservati.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine del laboratorio:
1. avrà una conoscenza di base sulle proprietà fisico-chimiche del particolato atmosferico e la capacità di contestualizzare questa componente atmosferica nei problemi di qualità dell'aria a scala locale;
2. saprà come effettuare un campionamento di particolato atmosferico e saprà descrivere il principio di separazione dimensionale basato sulla teoria dell'impatto inerziale;
3. saprà descrivere catene di misura per spettrometria alfa e ED-XRF;
4. Imparerà ad utilizzare software di deconvoluzione spettrale dedicato;
5. saprà effettuare un'analisi elementale di un campione sottile mediante spettrometria ED-XRF effettuando sia l'identificazione degli elementi presenti sia l'analisi quantitiva delle concentrazioni.
6. saprà effettuare misure dei prodotti di decadimento a vita breve del Radon mediante spettrometria alfa on-line. Saprà effettuare l'analisi dei dati ottenuti interpretandoli in relazione alle condizioni di rimescolamento atmosferico;
7. Saprà realizzare una curva range-energia utilizzando una catena per spettrometria alfa.
8. Saprà effettuare misure di prodotti di decadimento a vita lunga del Radon in campioni di particolato atmosferico mediante spettrometria alfa off-line. Saprà effettuare l'analisi dei dati ottenuti interpretandoli in relazione ai tempi di residenza delle particelle atmosferiche;
9. saprà utilizzare in autonomia un fonometro di classe A e programmare una campagna di misura indoor/outdoor finalizzate alla determinazione dei livelli di intensità sonora.
1. avrà una conoscenza di base sulle proprietà fisico-chimiche del particolato atmosferico e la capacità di contestualizzare questa componente atmosferica nei problemi di qualità dell'aria a scala locale;
2. saprà come effettuare un campionamento di particolato atmosferico e saprà descrivere il principio di separazione dimensionale basato sulla teoria dell'impatto inerziale;
3. saprà descrivere catene di misura per spettrometria alfa e ED-XRF;
4. Imparerà ad utilizzare software di deconvoluzione spettrale dedicato;
5. saprà effettuare un'analisi elementale di un campione sottile mediante spettrometria ED-XRF effettuando sia l'identificazione degli elementi presenti sia l'analisi quantitiva delle concentrazioni.
6. saprà effettuare misure dei prodotti di decadimento a vita breve del Radon mediante spettrometria alfa on-line. Saprà effettuare l'analisi dei dati ottenuti interpretandoli in relazione alle condizioni di rimescolamento atmosferico;
7. Saprà realizzare una curva range-energia utilizzando una catena per spettrometria alfa.
8. Saprà effettuare misure di prodotti di decadimento a vita lunga del Radon in campioni di particolato atmosferico mediante spettrometria alfa off-line. Saprà effettuare l'analisi dei dati ottenuti interpretandoli in relazione ai tempi di residenza delle particelle atmosferiche;
9. saprà utilizzare in autonomia un fonometro di classe A e programmare una campagna di misura indoor/outdoor finalizzate alla determinazione dei livelli di intensità sonora.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Elenco delle esperienze di laboratorio (la cui singola attivazione può variare di anno in anno. Le esperienze attivate verranno illustrate nella riunione generale di presentazione dei laboratori del terzo anno che si tiene ogni anno):
- "Aerosol atmosferico". Misure di concentrazione in massa e distribuzioni dimensionali dell'aerosol atmosferico: preparazione dei filtri, campionamenti con impattori a stadio singolo e/o multistadio, misure gravimetriche di PM10/PM2.5/PM1, distribuzioni in numero con classificazione dimensionale mediante Optical Particle Counter.
- "Spettrometria XRF". Determinazione della concentrazione elementare in campioni di aerosol atmosferico con Energy Dispersive X-Ray Fluorescence (calibrazione del sistema per analisi quantitative e caratterizzazione elementale dei campioni).
- "Spettrometria alfa". Determinazione della concentrazione di prodotti di decadimento del radon attaccati all'aerosol atmosferico per la valutazione dei tempi di residenza degli aerosol in atmosfera e delle condizioni di stabilità atmosferica (set-up della strumentazione e misure).
- Per studenti magistrali: Misure di proprietà ottiche dell'aerosol atmosferico mediante fotometria polare a più lunghezze d'onda
- "Fonometria". Misure di fonometria in laboratorio (calibrazione di un fonometro, somma di livelli, decadimento spaziale, curve di ponderazione). Misure di rumore in ambienti di diversa tipologia (valutazione del Leq, analisi di frequenza in bande di terze d'ottava, distribuzione di frequenza).
- "Parametri meteorologici". Analisi di dataset di parametri meteorologici convenzionali per la caratterizzazione di episodi di particolare interesse o di serie storiche.
- "Inquinanti". Introduzione alla programmazione in R e uso del pacchetto Openair per l'analisi di serie di dati ambientali. Analisi di dataset di inquinanti gassosi e di particolato atmosferico disponibili presso le centraline di monitoraggio di ARPA Lombardia. Caratterizzazione di episodi di particolare interesse o di serie storiche.
- "Aerosol atmosferico". Misure di concentrazione in massa e distribuzioni dimensionali dell'aerosol atmosferico: preparazione dei filtri, campionamenti con impattori a stadio singolo e/o multistadio, misure gravimetriche di PM10/PM2.5/PM1, distribuzioni in numero con classificazione dimensionale mediante Optical Particle Counter.
- "Spettrometria XRF". Determinazione della concentrazione elementare in campioni di aerosol atmosferico con Energy Dispersive X-Ray Fluorescence (calibrazione del sistema per analisi quantitative e caratterizzazione elementale dei campioni).
- "Spettrometria alfa". Determinazione della concentrazione di prodotti di decadimento del radon attaccati all'aerosol atmosferico per la valutazione dei tempi di residenza degli aerosol in atmosfera e delle condizioni di stabilità atmosferica (set-up della strumentazione e misure).
- Per studenti magistrali: Misure di proprietà ottiche dell'aerosol atmosferico mediante fotometria polare a più lunghezze d'onda
- "Fonometria". Misure di fonometria in laboratorio (calibrazione di un fonometro, somma di livelli, decadimento spaziale, curve di ponderazione). Misure di rumore in ambienti di diversa tipologia (valutazione del Leq, analisi di frequenza in bande di terze d'ottava, distribuzione di frequenza).
- "Parametri meteorologici". Analisi di dataset di parametri meteorologici convenzionali per la caratterizzazione di episodi di particolare interesse o di serie storiche.
- "Inquinanti". Introduzione alla programmazione in R e uso del pacchetto Openair per l'analisi di serie di dati ambientali. Analisi di dataset di inquinanti gassosi e di particolato atmosferico disponibili presso le centraline di monitoraggio di ARPA Lombardia. Caratterizzazione di episodi di particolare interesse o di serie storiche.
Prerequisiti
Per la frequenza al laboratorio sono necessarie conoscenze di fisica classica e basi di fisica moderna (struttura atomica e nucleare, decadimenti radioattivi, interazione radiazione-materia).
Metodi didattici
Lezioni teoriche introduttive sugli argomenti trattati e sulla strumentazione. Descrizione delle esperienze di laboratorio.
Durante lo svolgimento delle esperienze in laboratorio gli studenti avranno modo di mettere in pratica i contenuti teorici spiegati a lezione sfruttando l'approccio alle misure come momento di ulteriore approfondimento e comprensione dei fenomeni fisici presentati durante le lezioni anche mediante la modalità di "flipped classroom".
Durante lo svolgimento delle esperienze in laboratorio gli studenti avranno modo di mettere in pratica i contenuti teorici spiegati a lezione sfruttando l'approccio alle misure come momento di ulteriore approfondimento e comprensione dei fenomeni fisici presentati durante le lezioni anche mediante la modalità di "flipped classroom".
Materiale di riferimento
Slide delle lezioni e materiale per approfondimenti (es. articoli scientifici o report scientifici) a disposizione nel sito dell'insegnamento presente nella piattaforma Ariel d'Ateneo.
- P. Brimblecombe: "Air Composition and Chemistry", Cambridge Environmental Chemistry series
- J.H. Seinfeld, S.N. Pandis: "Atmospheric Chemistry and Physics", John Wiley & sons
- J. H. Wallace, P.V. Hobbs: "Atmospheric Science", Academic Press
- Glenn F. Knoll: "Radiation detection and measurement", Wiley
- William R. Leo: "Techniques for nuclear and particle physics experiments : a how-to approach ", Springer
- Ron Jenkins: "X-ray Fluorescence Spectrometry", Wiley
- W.C. Hinds: "Aerosol Technology. Properties, behavior and measurement of airborne particles", Wiley Interscience
- Atmospheric Aerosols. Life Cycles and Effects on Air Quality and Climate Tomasi - Fuzzi - Kokhanovsky (curatori)
- P. Brimblecombe: "Air Composition and Chemistry", Cambridge Environmental Chemistry series
- J.H. Seinfeld, S.N. Pandis: "Atmospheric Chemistry and Physics", John Wiley & sons
- J. H. Wallace, P.V. Hobbs: "Atmospheric Science", Academic Press
- Glenn F. Knoll: "Radiation detection and measurement", Wiley
- William R. Leo: "Techniques for nuclear and particle physics experiments : a how-to approach ", Springer
- Ron Jenkins: "X-ray Fluorescence Spectrometry", Wiley
- W.C. Hinds: "Aerosol Technology. Properties, behavior and measurement of airborne particles", Wiley Interscience
- Atmospheric Aerosols. Life Cycles and Effects on Air Quality and Climate Tomasi - Fuzzi - Kokhanovsky (curatori)
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Presentazione sulle esperienze svolte (inquadramento teorico, metodologie sperimentali e discussione dei dati) nell'ambito di un workshop tenuto dagli/dalle student*. Gli/Le student*, alla fine del laboratorio, dovranno condividere i risultati ottenuti durante alcune sessioni di analisi dati appositamente organizzate e coordinate dal docente (verrà richiesta anche una breve relazione di sintesi dei risultati). A ciascun* student* verrà assegnato dal docente l'argomento da trattare al workshop, durante il quale verranno poste domande per verificare la comprensione degli argomenti trattati nel laboratorio. Concorrerà al voto finale la valutazione dell* student* durante lo svolgimento delle esperienze di laboratorio, la sua preparazione sulle singole esperienze, il grado di approfondimento durante l'analisi dati e la valutazione sulla presentazione orale.
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 6
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 14 ore
Lezioni: 14 ore
Docente:
Vecchi Roberta
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
studio, Dip. Fisica (via Celoria 16), edificio E, piano rialzato, stanza R007