Laboratori nazionali di Legnaro: differenze tra le versioni

Il complesso Tandem-ALPI-PIAVE è attualmente il complesso più esteso presente nei laboratori e comprende l'insieme di questi tre [[Acceleratore di particelle|acceleratori]], una sala di controllo comune e tre sale sperimentali dove sono presenti diverse apparecchiature scientifiche finalizzate alla realizzazione degli esperimenti scientifici. Le tre sale sperimentali contengono diverse linee di fascio (beamline) provenienti dai tre acceleratori e permettono quindi ad un [[esperimento]] (ovvero ad una apparecchiatura scientifica installata in una delle sale sperimentali) di poter fruire del fascio accelerato da uno o più di questi acceleratori. Infatti, i tre acceleratori sono utilizzabili in combinazione tra loro o separatamente, permettendo un'ampia versatilità sia della tipologia di fascio accelerato, sia della sua energia. Questo consente un'ampia flessibilità sulle tipologie di fasci accelerati utilizzabili, che a sua volta permette un'ampia scelta di esperimenti che possono essere condotti. Attualmente sono attivi esperimenti di fisica nucleare di base<ref>{{Cita web|url=https://www.lnl.infn.it/fisica-nucleare-csn3/#PRISMA|titolo=LNL esperimenti fisica nucleare}}</ref> e anche fisica applicata ed interdisciplinare: del primo settore, particolare rilievo ha la spettroscopia gamma, attraverso esperimenti come EUROBALL, CLARA e AGATA, sviluppati e curati con collaborazioni europee tutt'ora in atto. In particolare, il [https://www.agata.org/ sistema AGATA] (Advanced Gamma Tracking Array, esperimento europeo di tracciamento gamma) dal 2022 verrà spostato presso una sala sperimentale del complesso Tandem-Alpi-Piave e inizierà qui una nuova serie di prese dati. Di particolare interesse anche gli esperimenti GARFIELD, PRISMA (spettrometro magnetico per ioni pesanti in grado di ricostruire traiettorie) ed EXOTIC (studio della produzione di fasci esotici leggeri). Esperimenti di fisica interdisciplinare attualmente attivi sono SIRAD (per lo studio del danneggiamento di semiconduttori esposti a radiazioni), STARTRACK (studi di dosimetria e radioprotezione), RADIOBIOLOGY (studi di irraggiamento di tessuti in-vitro).

L'acceleratore '''Tandem-XTU''' è un acceleratore di tipo [[Generatore di Van de Graaff|Van de Graaff]] a doppio stadio in grado di raggiungere una tensione di terminale positiva di oltre 14.5 [[Volt|MV]]. Installato nella metà degli anni ottanta, è stato il terzo acceleratore elettrostatico dei laboratori, dopo CN e AN2000, ma presenta un funzionamento differente dai precedenti. Essendo un acceleratore a doppio stadio, il terminale in alta tensione è posto al centro della tank dell'acceleratore e prevede l'utilizzo di un sistema di stripper finalizzato al cambio di carica degli ioni accelerati nel centro dell'acceleratore. In particolare, il fascio di ioni è inizialmente generato da una sorgente esterna all’acceleratore e presenta una carica debolmente positiva. Prima di iniettare gli ioni nell'acceleratore, essi devono essere resi carichi negativamente: questo avviene grazie all'interazione tra ioni e gas di [[cesio]] che permette la donazione di [[Elettrone|elettroni]] alle specie estratte dalla sorgente per [[affinità elettronica]]. Solo a questo punto avviene l'iniezione del fascio nell'acceleratore Tandem, attraverso il terminale di bassa energia, posto a massa: data la carica negativa del fascio e il terminale posto ad una tensione positiva, gli ioni sono attratti (ovvero accelerati) verso il terminale, posto al centro della tank. Raggiungendo il terminale gli ioni acquistano energia, ed una volta raggiunto il terminale il fascio di ioni attraversa uno stripper, ovvero un sistema di fogli di carbonio molto sottili, al fine di indurre la cattura di elettroni dalla specie accelerata e il suo conseguente cambio di carica. Grazie a questo sistema, il fascio ora è composto da ioni positivi, i quali saranno respinti dal terminale in alta tensione e accelerati ulteriormente verso il terminale ad alta energia posto anch'esso a massa. Gli ioni così formati possono avere cariche anche molto maggiori all'unità e pertanto l'energia del fascio all'uscita dell'acceleratore può eccedere i 14.5 MeV, a seconda dello stato di carica della specie accelerata.

Una volta accelerato, il fascio di ioni attraversa un [[magnete]] di analisi, utilizzato per selezionare il rapporto carica/massa degli ioni, quindi può essere focalizzato o sfocalizzato attraverso dei quadrupoli magnetici al fine di poter essere trasportato attraverso linee di fascio. Il fascio può essere indirizzato alternativamente, o verso le sale sperimentali (e quindi direttamente verso i targhet contro i quali gli ioni saranno fatti scontrare o saranno analizzati dalle apparecchiature scientifiche), oppure potrà essere indirizzato verso l'acceleratore ALPI, che potrà ri-accelerare nuovamente il fascio per poi essere reindirizzato alle sale sperimentali. Questo in genere avviene se l'energia degli ioni richiesta per un determinato esperimento non sia raggiungibile con la sola accelerazione dell'acceleratore Tandem. Grazie all'acceleratore Tandem, possono essere accelerati ioni da protoni all' ¹⁹⁷Au, anche se all'aumentare della massa dello ione, gli stripper di carbonio sono sempre di più sollecitati e devono essere sostituiti molto spesso. Il Tandem permette di produrre un fascio in continuo, ma anche

'''ALPI''' (acronimo di “Acceleratore Lineare Per Ioni”) è un [[acceleratore lineare]] (LINAC) interamente progettato tecnologi e ricercatori dei laboratori di Legnaro ed è entrato in funzione nella prima metà degli anni novanta<ref>{{Cita pubblicazione|autore=A. Dainelli|anno=1996|titolo=Commissioning fo the ALPI post-accelerator|rivista=Nuclear instruments and methods in physics research|volume=A 382|numero=100-106}}</ref>. Esso è un acceleratore lineare a cavità accelerati che operano in regime di [[superconduttività]]. PertantoSi lestende per una lunghezza di 67m, dove le cavità sono divise in due rami collegati da loro, che danno una forma ad U dell'acceleratore. L'acceleratore è composto da un sistema di [[Criostato|criostati]] che, attraverso un complesso sistema composto da scudi termici, vuoto spinto e compressori per attuare un [[ciclo frigorifero]] con [[elio]] liquido, permettono di raffreddare le pareti interne delle cavità a temperature criogeniche tramite l'uso di elio liquido. Questo è necessario per poter portare le pareti interne delle cavità (costituite da [[Niobio]]) sotto la sualoro [[temperatura critica]] (9.2K ovvero -264°C circa), ovvero in regime di superconduttività, e quindi poterin un regime in grado di sostenere all'interno delle cavità dei campi elettromagnetici molto sostenuti necessari per l'accelerazione degli ioni. I campi acceleranti all'interno delle cavità sono dell'ordine di 5 MV/m<ref name=":0">{{Cita pubblicazione|autore=C. A. Ur|anno=2017|titolo=The Tandem-ALPI-PIAVE Accelerator Complex of LNL|rivista=Proceedings of the Europe/Africa Conference Dresden 2017|volume=2055|doi=10.1063/1.4812903 (https://doi.org/10.1063/1.4812903)}}</ref>. Le 93 cavità accelerati usate in questo acceleratore sono del tipo QWR (Quarter Wave Resonator) e funzionano ad una frequenza di risonanza di 80 MHz per la prima sezione (24 QWR) e di 160 MHz per la seconda (48 QWR) e terza sezione (21QWR) <ref name=":1">{{Cita pubblicazione|autore=G. Fortuna|autore2=et al.|anno=1990|titolo=The Alpi Project at the laboratori nazionali di Legnaro|rivista=Nuclear Instrument and Methods in Physics Research|volume=A287|numero=253-256}}</ref>. Grazie ad esse, questo acceleratore è in grado di accelerare fasci da 6 fino a 20 MeV/amu <ref name=":1">{{Cita pubblicazione|autore=G. Fortuna|autore2=et al.|anno=1990|titolo=The Alpi Project at the laboratori nazionali di Legnaro|rivista=Nuclear Instrument and Methods in Physics Research|volume=A287|numero=253-256}}</ref>. Il fascio di ioni accelerati da ALPI può provenire dall'acceleratore Tandem o dall'acceleratore PIAVE, attraverso una serie di linee di fascio caratterizzati da [[Dipolo magnetico|dipoli]] e lenti quadrupolari magnetiche per il trasporto del fascio e di bunchers per adattare il fascio. Data la costruzione del nuovo complesso SPES e quindi di un nuovo [[ciclotrone]], è stata costruita una linea che connette il complesso SPES al complesso Tandem-ALPI-PIAVE che permetterà all'acceleratore ALPI di ricevere fasci di ioni dal complesso SPES, e quindi di poter accelerare i fasci da esso prodotto <ref>{{Cita pubblicazione|autore=G. Bisoffi|autore2=at. al.|anno=2014|titolo=ALPI setup as the SPES accelerator of Exotic Beams|rivista=EPJ conferences|volume=66|numero=11003}}</ref>.