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ISOLDE (Isotope Separator On Line DEvice) è un laboratorio situato al CERN di Ginevra accanto al Proton Synchrotron Booster. Iniziò ad operare nel 1967 e venne ricostruito due volte nel 1974 e nel 1992 per alcuni ampliamenti.

Al laboratorio ISOLDE vengono prodotti nuclei atomici radioattivi di isotopi pesanti per una serie di esperimenti di fisica nucleare, fisica atomica, fisica molecolare e fisica dello stato solido, ma anche biofisica e astrofisica. La grande varietà di isotopi prodotti permette lo studio sistematico delle proprietà atomiche e nucleari, e lo studio dei decadimenti esotici possibili.

Con il fascio di protoni proveniente dal Proton Synchrotron Booster vengono prodotti una grande varietà di isotopi radioattivi, inviando i protoni su targhette fisse di più di 70 elementi chimici differenti. Gli isotopi che emergono dalla collisione, vengono accelerati e separati tramite campi magnetici in base alle loro masse diverse. Vengono prodotti circa 700 fasci diversi composti da 1000 ioni al secondo, inviati agli esperimenti.

Indice

Esempi di nuclei prodottiModifica

Esempio di alcuni bersagli e dei relativi nuclei prodotti[1]
Bersaglio Temperatura
di fusione (°C)
Temperatura max
operativa (°C)
Nucleo prodotto
Metallo fuso
Ge 937 1100 60-74Zn,64-75Ga
Sn 232 1200 97-122Cd
La 920 1400 115-128I,115-133Xe ecc.
Pb 937 1100 177-207Hg
Metallo solido
Ti 1675 1600 37-46Ca,42-48Sc
Nb 2470 2050 70-85Br,74-86Rb ecc.
Ta 2996 2200 molti
W 3410 2200 8, 9, 10Li
Carbonio e Carburi
C 3600 1800 7, 10, 11Be
Al4C3 1400 1200 20-24Na
SiC 2300 1200 17-23F,22-28Mg ecc.
ThC2 e UC2 2450 2200 molti
Ossidi
MgO 2800 1500 17-24Ne
SrO 2450 1500 72-81Kr
ZrO2 2700 1850 56-71Cu,62-74Ga ecc.
CeO2 2600 1300 112-125Xe ecc.

EsperimentiModifica

Oltre ad alcuni esperimenti fissi, ci sono ogni anno molti esperimenti minori, che si basano sulla varietà di fasci radioattivi prodotti da ISOLDE. Questi vengono costruiti poco prima della disponibilità dei fasci corrispondenti e poi smantellati. Ogni anno ci sono più di 50 esperimenti diversi. Gli esperimenti permanenti sono:[2]

  • ASPIC (Apparatus for Surface Physics and Interfaces at Cern)
    Un esperimento composto da un apparato sottoposto a vuoto ultra spinto, per lo studio delle proprietà elettroniche e magnetiche dei film sottili (fino a spessori di alcuni strati atomici). Sebbene in un materiale la maggior parte delle caratteristiche della superficie differisce notevolmente dalle caratteristiche dell'interno del materiale, raramente bastano anche solo cinque strati atomici per descrivere le proprietà tipo la catalisi eterogenea, la corrosione o la microelettronica. Nonostante il notevole interesse, ci sono solo poche tecniche disponibili per sondare con precisione le proprietà locali su superfici e interfacce.
  • COLLAPS (COLlinear LAser SPectroscopy)
    Un piccolo esperimento che studia le proprietà dei livelli fondamentali dei nuclei esotici radioattivi. Le proprietà studiate (spin, momento magnetico e raggio di carica) contribuiscono enormemente alla comprensione della forza nucleare, dando informazioni importanti sull'accoppiamento dei nucleoni, sulla simmetria delle funzioni d'onda nucleari e sull'interazione nucleare stessa. Questo esperimento inizio a operare nel 1978 a Magonza e poi dal 1980 al 1992 operò al sito iniziale di ISOLDE.
  • CRIS (Collinear Resonant Ionization Spectroscopy)
    Un esperimento che mette insieme l'alta risoluzione della spettroscopia laser collineare con l'alta efficienza e selettività della spettroscopia a ionizzazione risonante. Vengono studiate le proprietà dei livelli fondamentali dei nuclei esotici radioattivi e vengono prodotti fasci molto puri per studi del decadimento dei nuclidi. L'apparato a vuoto ultra alto fu costruito e testato tra il 2008 e il 2011, e dal 2012 è usato nei primi esperimenti che analizzano gli isotopi del francio.[3]
  • ISOLTRAP
    Un esperimento costituito da uno spettrometro di massa che raggiunge precisioni dell'ordine di 1 x 10-8. La tecnica di misurazione time-of-flight è impiegata per determinare la frequenza di uno ione in una trappola di Penning, da cui viene ricavato il valore della massa. Sono stati studiati nuclei con vite medie inferiore a 100 ms e un rendimento di produzione inferiore a 1000 ioni al secondo.
  • LUCRECIA
    Un esperimento costituito da un Total Absorption gamma Spectrometer (TAS) che misura la quantità esatta di raggi gamma prodotti da nuclidi eccitati provenienti da decadimento beta. Uno dei maggiori vantaggi dell'apparato è quello di evitare il verificarsi del Pandemonium-effect, un effetto tipico che non consente una misura accurata degli stati energetici dei nuclidi figli negli spettrometri gamma.
  • MINIBALL
    Un esperimento costituito da un array di rivelatori al germanio ad alta risoluzione operativo da più di 10 anni. L'array consiste in più di 24 cristalli esagonali di germanio disposti sfericamente intorno al punto di collisione: si tratta di un rivelatore progettato appositamente per esperimenti a bassa molteplicità con fasci di ioni radioattivi di bassa intensità. Nel lavorare con fasci di isotopi rari, si incontrano spesso molteplicità molto basse (spesso ci sono solo pochi stati eccitati) e i rendimenti di questi fasci sono di solito molto inferiori a quelli di esperimenti convenzionali, quindi l'efficienza è fondamentale.
  • NICOLE (Nuclear Implantation into Cold On Line Equipment)
    Un esperimento composto da un grande apparato di raffreddamento con 3He e 4He con un piccolo accesso laterale in cui viene introdotto un fascio di ioni che cade su una speciale lamina metallica tenuta a temperature inferiori a 10 mK. Usando lamine ferromagnetiche, i nuclei subiscono campi magnetici dell'ordine di 20 - 200 T, sufficienti a produrre gradi di polarizzazione nucleare con tempi di rilassamento che possono variare da alcune ore a pochi millisecondi. Questo esperimento, in funzione dal 1988, cerca di misurare la distribuzione angolare delle particelle di decadimento emesse utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare in funzione della polarizzazione nucleare indotta, permette di studiare ad esempio la violazione di parità nel decadimento beta.
  • WITCH (Weak Interaction Trap for CHarged particles)
    Un esperimento in grado di studiare l'interazione debole misurando la distribuzione di energia di rinculo di nuclei prodotti nel decadimento beta. Un esperimento di precisione con 35Ar fisserà nuovi limiti per un contributo scalare all'interazione debole. Gli ioni prodotti da ISOLDE vengono raffreddati mediante diverse trappola di Penning e ne viene misurata la distribuzione dell'energia di rinculo con uno spettrometro. L'esperimento è iniziato nel 2004 con la costruzione dell'apparato, dopo un paio di battute d'arresto sono stati prodotti i primi risultati a partire dal 2009.

NoteModifica

  1. ^ ISOLDE target and ion source chemistry. (PDF; 189 kB) In: Radiochimica Acta. Vol. 89, Nr. 11–12, 2001, S. 77777–77785, DOI10.1524/ract.2001.89.11-12.749.
  2. ^ Experimental Setups. ISOLDE – The Radioactive Ion Beam facility, CERN Accelerating science, Agosto 2013.
  3. ^ Kieran Flanagan: CRIS: A New Sensitive Device for Laser Spectroscopy of Exotic Nuclei. (PDF; 4,4 MB) In: Nuclear Physics News. Vol. 23, Nr. 2, 2013, S. 24–26, DOI10.1080/10619127.2013.793094.

Voci correlateModifica

Collegamenti esterniModifica

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