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Laboratori Docenti

• Sviluppo di tecniche strumentali per la caratterizzazione di rifiuti radioattivi
  • Tecniche gamma (attive e passive) per la caratterizzazione dei materiali fissili /fertili:
  • misura della concentrazione, composizione isotopica di materiali fissili/fertili in matrici omogenee solide e/o liquide; misura dell’arricchimento dell’Uranio; determinazione della composizione isotopica del Plutonio.
  • Tecniche gamma per la caratterizzazione di rifiuti radioattivi:
  • determinazione dell’inventario dei radionuclidi in contenitori di rifiuti radioattivi tramite “Gamma scanner”, “Segmented gamma scanner” e “Tomographic gamma scanner”.
  • Tecniche neutroniche passive per la misura della concentrazione, composizione isotopica di materiali fissili/fertili in matrici omogenee:
  • produzione di neutroni per reazione (alfa,n); produzione di neutroni per fissione spontanea; tecniche “Total Neutron Counting”, “Neutron Coincidence Counting”, “Neutron Multiplicity Counting”.
  • Tecniche neutroniche attive per la determinazione del contenuto di materiali fissili/fertili in contenitori di rifiuti radioattivi (matrice non omogenea leggera e/o pesante):
  • sorgenti di neutroni per impiego industriale; tecniche basate sulla rivelazione dei neutroni “pronti” emessi per fissione indotta; “Active Neutron Coincidence Counting”; “Differential Die-Away”; Tecniche basate sulla rivelazione dei neutroni “ritardati” emessi per fissione indotta; Tecniche basate su fotofissione indotta da un Linac.
• Laboratorio di Analisi non Distruttive ed Archeometria
  • L'attività di ricerca del Laboratorio di Analisi non Distruttive ed Archeometria è incentrata su alcune linee principali:
  • 1) Realizzazione e miglioramento di strumentazione portatile per analisi non distruttive con metodologie fisiche su beni culturali. Lo scopo e quello di eseguire diagnostiche in situ nel caso frequente di opere inamovibili o perché non possono essere mosse (per esempio, affreschi murali) o perché ormai musealizzate o perché il costo di un eventuale trasferimento in laboratorio è proibitivo.
  • 2) Analisi non distruttive per la caratterizzazione dei beni culturali. Questo studio è fondamentale per avere una conoscenza approfondita e quantitativa del bene culturale: di che materiale è costituito, come è stato realizzato, qual'è il suo stato di degrado, come può essere conservato, ecc.
  • Tutti questi studi sono di interesse, e pertanto sono svolti in collaborazione sia con gli studiosi dei beni culturali (storici dell'arte, archeologi ecc.) che con gli studiosi preposti al restauro ed alla conservazione delle opere d'arte. Numerose sono le collaborazioni con altri studiosi di beni culturali della Sapienza. Il laboratorio è stato coinvolto in diversi studi, anche per conto terzi, su materiali di vario genere: ceramiche, opere di metallo (bronzo, oro, argento, ecc. ), quadri su tavola e su tela, pitture murali, carta, materiali lignei, vetrosi, ecc. Il personale si è recato spesso in trasferta per eseguire le analisi in situ, sia in Italia che all'Estero.
  • L’attività è stata finanziata anche attraverso un PRIN dal titolo "Tecniche innovative per la definizione dello stato di degrado nei metalli", di cui il prof. Piacentini è il coordinatore nazionale, della durata di due anni. Si sta lavorando allo sviluppo e alla caratterizzazione della strumentazione da usare in situ per la valutazione dello stato di corrosione di un manufatto di bronzo, con particolare interesse al problema del "cancro del bronzo".
• PHARI (PHysical Acoustics Research for Innovation)
  • Non linearità elastiche. Si studiano le caratteristiche di non linearità elastica di mezzi materiali, per possibili utilizzi nelle tecniche non distruttive, per l’analisi dei difetti, e nella diagnostica medica, per migliorare la risoluzione delle immagini. L’estensione delle tecniche di rivelazione delle armoniche e subarmoniche delle onde a strutture inferiori si potrà attuare attraverso l’impiego di microscopia STM, esaminando su scala nanometrica la superficie di campioni opportunamente trattati ed eccitati.
  • Interazione ultrasuoni-strutture biologiche. . Si stanno studiando le caratteristiche di scattering di microbolle gassose in soluzione per terapia di drug delivery in celle a ultrasuoni. La riduzione delle microbolle a scale inferiori con riempimento di gas specifici è attuato in collaborazione con strutture universitarie di biochimica. Su questa linea è sviluppata un’attività di modellizzazione, che può estendersi agli effetti dello streaming su strutture cellulari.
• EMINA (Electron MIcrospies and NAnoscopies)
  • Da diversi anni è in corso lo studio di nanomateriali a base Carbonio, in collaborazione con il laboratorio interdirpartimentale MINAS (MIcro and NAno-structured Systems) di Tor Vergata. Attualmente sono in corso di studio sistemi nanostrutturati per alcune specifiche applicazione tecnologiche avanzate (dispositivi elettronici, sensori, sistemi per applicazioni in campo energetico) in cui si prevede in particolare di utilizzare: diamanti nanocompositi e fasi miste a base-diamante, grafiti nanostrutturate, nanotubi a parete multipla e singola, strutture nanografitiche non planari, materiali ibridi costituiti da fasci di nanotubi ricoperti di nanodiamante. I materiali necessari per la realizzazione dei sistemi nanostrutturati vengono sintetizzati mediante metodologie che prevedono l'utilizzo, anche combinato, di tecniche basate su deposizioni chimica da fase vapore (con attivazione delle specie chimiche mediante filamento caldo e campi a microonde), reazioni in fase solida indotte da laser e fotoablazione. Per quanto riguarda la caratterizzazione morfologica e strutturale a livello nanoscopico, si fa uso principalmente di tecniche di microscopia elettronica, sia in trasmissione (TEM) che a scansione (SEM), di tecniche di diffrazione elettronica, sia in riflessione (RHEED) che in trasmissione (TED, CBED, SAED, nanodiffrazione) e di diffrazione a raggi-X. Nel contesto delle problematiche relative all’utilizzo di materiali nanostrutturati in applicazioni tecnologiche, ci si occupa anche della definizione di metodologie di caratterizzazione funzionale (ottica, elettrica e meccanica) alla nanoscala, mediante l’utilizzo combinato di tecniche di microscopia e diffrazione elettronica e di tecniche SPM (Scanning Probe Microscopy). E’ inoltre disponibili per la crescita e il trattamento di materiali un sistema di deposizione di film sottili basato sulla tecnica PLA (Pulsed Laser Ablation) che utilizza un laser ad eccimeri XeCl.
  • Con riferimento alle tematiche connesse alle proprietà di immagazzinamento di gas da parte di materiali a base-carbonio, il MIUR (fondi art.11) ha recentemente approvato un progetto di spin-off denominato Stor-Age, che porterà nei prossimi mesi alla creazione della società Nano-share srl.
• ESCATOMON (Electronic, Structural Characterization & ATOmistic MOdeling for Nanostructures)
  • Attività teorica - simulazioni atomistiche di nano-strutture e materiali innovativi mediante approcci di fisica quantistica computazionale - Le proprietà di materiali innovativi e nano-strutturati sono studiate mediante dinamica molecolare tight binding e calcoli di struttura elettronica “ab-initio” basati sulla teoria del funzionale densità. Questi approcci teorici rientrano nel contesto generale della fisica computazionale essendo implementati con algoritmi che beneficiano delle moderne tecnologie del calcolo parallelo ad alte prestazioni. Obiettivi principali di questa attività riguardano lo studio di difetti nanometrici e complessi di difetti puntuali in semiconduttori composti, lo studio di nano-strutture e base carbonio e delle loro proprietà in relazione ad applicazioni sensoristiche o di produzione dell’idrogeno e, da ultimo, delle proprietà film sottili di molecole organiche auto-assemblanti su superfici di Si per applicazioni in campo biologico e nano-fluidico.
  • Attività sperimentale – caratterizzazione elettrica e strutturale di materiali innovativi e nano-strutture .Sono disponibili le seguenti apparecchiature :un laser impulsato a rubino e un sistema per la realizzazione di laser annealing in condizioni di alto-vuoto e in atmosfera controllata - un sistema di deposizione per evaporazione termica.
• Fotonica ultraveloce
  • Il Laboratorio e’ attivo da anni nel campo della fotonica ultraveloce , ossia e’ un laboratorio attrezzato con una sorgente laser ad impulsi corti del fs , accordabile in frequenza. L’impiego della sorgente e’ per l’analisi e lo sviluppo di dispositivi ottici nonlineari . L’attività di ricerca del laboratorio si inquadra nel campo dell’ottica e della fotonica. I filoni di ricerca sono:
  • 1) ottica nonlineare del secondo e terzo ordine;
  • 2) solitoni ottici spaziali e circuiteria fotonica basata su tecnologia solitonica
  • 3) micro- nano-fotonica
  • 4) bio-fotonica: studio dell’emissione bio-fotonica ultradebole da sistemi molecolari e cellulari; imaging di singola molecola – singola cellula; comunicazione molecolare-cellulare
  • 5) sensori fotonici per l’industria e l’ambiente
  • 6) consulenza & progettazione ottica
  • Il laboratorio di Fotonica Ultraveloce ha dato vita alla società di Spin-Off Universitario OptSensor s.r.l. per la realizzazione di sensori ottici per l’industria e l’ambiente.
  • Sito Web
• Fotonica molecolare
  • Il laboratorio è attivo da anni nel campo dello studio sperimentale delle proprietà ottiche, ottiche non lineari ed elettriche di materiali organici mediante tecniche sperimentali appositamente sviluppate, basate sull’uso di sistemi laser di bassa (cw) ed alta (impulsi) potenza. Il laboratorio ha sviluppato competenze ed apparati sperimentali per lo studio della propagazione di radiazione laser in dispositivi fotonici micro e nano strutturati organici ed inorganici per applicazioni in telecomunicazioni ottiche. Ha acquisito grande esperienza sulla trattazione dei problemi di risposta ottica, trasporto di carica elettrica e di emissione di luce in sistemi organici fortemente disomogenei per applicazione in diodi LED organici (OLED). Sviluppa, realizza e caratterizza, in collaborazione con il Politecnico di Torino, sensori di gas e di molecole di interesse biologico basati sulla propagazione di onde di superficie su metalli (surface plasmon polaritons) e cristalli fotonici (Bloch surface waves). In collaborazione con il Polo Solare Organico (CHOSE) dell' Università Tor Vergata, si occupa dello studio di nuove configurazioni di celle DSCC o organiche ibride per fotovoltaico organico (photon management). Il laboratorio possiede know-how ed apparati per la progettazione, deposizione e caratterizzazione di dispositivi ottici integrati organici.
  • Sito Web
• Fototermica
  • Il laboratorio fototermico si occupa delle tecniche laser non-distruttive per la caratterizzazione ottica e termica dei materiali. Trovano qui collocazione ed ampio utilizzo apparati di deflessione fototermica, di radiometria fototermica, di spettroscopia fototermica, di spettroscopia ottica, e per la misurazione dello scattering ottico. Le principali applicazioni riguardano le misure di alcune proprietà dei materiali: la diffusività termica, lo spettro di assorbimento ottico, l’assorbimento nonlineare, il depth profiling nei multistrati, la rugosità superficiale, la rivelazione di strati sepolti e subsuperficiali, l’analisi di tracce di inquinanti gassosi.
• Ottica Nonlineare e Nanofotonica
  • Il Laboratorio si occupa della modellistica e simulazione di processi e dispositivi ottici ed ottici non lineari, con applicazioni alla nanofotonica, plasmonica e “Quantum Information”, ad esempio studio e progettazione di nuove sorgenti laser di fotoni singoli e correlati a cristalli fotonici; filtri ottici nonlineari per la manipolazione della radiazione elletromagnetica. Il laboratorio e’ dotato di numerosi computers su cui girano software sia ti tipo commerciale (Optiwave, Comsol Multiphysics), sia software realizzati ad hoc.
• Fisica computazionale
  • Il laboratorio si occupa di modellistica e simulazione evolutiva multidimensionale ad alta risoluzione di plasmi per fusione a confinamento inerziale e di esperienze di interazione laser plasma, di fasci di particelle cariche, e di laser a elettroni liberi oltre che di calcoli di struttura elettronica e modelli atomistici di semiconduttori e nanostrutture. Tutte le simulazioni sono condotte su cluster Opteron e altre macchine parallele.
• Acceleratori di Particelle
  • Il laboratorio si occupa del progetto e dello studio della dinamica dei fasci di particelle negli acceleratori lineari e circolari a elevata intensità di corrente. Il laboratorio è dotato di sistemi di calcolo con codici commerciali o domestici per le simulazioni. L’attività è principalmente collegata allo sviluppo di nuovi acceleratori di particelle, lineari e circolari, per applicazioni nella fisica delle alte energie o applicata, costruiti in laboratori nazionali (LNF-INFN) o esteri (CERN).
• Laboratorio di Radiofrequenza
  • Il laboratorio si occupa della realizzazione e caratterizzazione di prototipi di dispositivi per acceleratori di fasci di particelle cariche dedicati alla generazione di radiazione di sincrotrone, laser ad elettroni liberi (FEL) e collisori ad elevata luminosità. Il laboratorio sviluppa inoltre sistemi compatti di accelerazione per applicazioni scientifiche, medicali ed industriali. Il laboratorio è dotato di codici CAD industriali di disegno di strutture a microonde, analizzatori di rete vettoriali (fino a 20 GHz), analizzatore di spettro ed relative antenne per misure di compatibilità elettromagnetica (fino a 3 GHz).
• Rivelatori
  • Il laboratorio si occupa della progettazione e della realizzazione di prototipi di rivelatori di particelle elementari per esperimenti di fisica delle alte energie e fisica medica. Il laboratorio e' dotato di un sistema di acquisizione dati in standard VME, di sistemi di alimentazioni per basse e alte tensioni, sistema di gas a flussimetri massivi. Le attività di progettazione comprendono la simulatione dei rivelatori in studio tramite codici numerici (GARFIELD) e montecarlo (Geant, FLUKA).
• Attività sperimentali presso Laboratori Nazionali o Internazionali
  • Particolarmente significativa è l’attività di ricerca sperimentale svolta presso laboratori Nazionali o Internazionali:
  • CERN (Ginevra)
  • INFN-LNF (Frascati)
  • INFN-LNS (Catania)
  • GSI (Darmstadt)