Laboratori nazionali di Legnaro: differenze tra le versioni

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Linguaggio, references
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==SPES==
SPES (Selective Production of Exotic Species)<ref>{{Cita pubblicazione|autore=T. Marchi|autore2=et al.|anno=2020|titolo=The SPES facility at Legnaro National Laboratories|rivista=Journal of Physics: Conference Series|volume=1643|numero=012036|doi=10.1088/1742-6596/1643/1/012036}}</ref> è attualmente il principale progetto in fase di sviluppo presso il laboratorio. Gli obiettivi principali del progetto sono la realizzazione di una facility per la produzione di specie esotiche, grazie all'utilizzo di [[Acceleratore di particelle|acceleratori di particelle]], finalizzati a studi sia di fisica nucleare, sia di fisica applicata<ref>{{Cita pubblicazione|autore=Giacomo De Angelis|autore2=Gianni Fiorentini|anno=2016|titolo=The Legnaro National Laboratories and the SPES
facility: nuclear structure and reactions today and
tomorrow|rivista=Physica Scripta|volume=91|numero=113001|doi=10.1088/0031-8949/91/11/113001}}</ref>. Grazie alla produzione di fasci radioattivi (fasci esotici) con il metodo ISOL<ref>{{Cita pubblicazione|data=2019-07-01|titolo=SPES, the LNL exotic beam ISOL facility|rivista=Il Nuovo Cimento C|volume=42|numero=203|pp=1–4|accesso=2022-01-15|doi=10.1393/ncc/i2019-19061-6|url=https://doi.org/10.1393/ncc/i2019-19061-6}}</ref>, il progetto si pone come obiettivo lo studio sulladella stabilità e ldell'evoluzione della materia in condizioni estreme, lo studio di processi dell'evoluzione stellare, ma anche studi per l'impiego di [[Radionuclide|radionuclidi]] per applicazioni medicali e oncologicioncologiche, ed infine lo studio e la realizzazione di sorgenti di neutroni.
 
La prima fase di questo progetto è legatolegata all'installazione di un nuovo [[ciclotrone]] presso i Laboratori Nazionali di Legnaro, avvenuta con successo nel 2018, che servirà ad accelerare il fascio primario, ovvero un fascio di [[Protone|protoni]] con energia compresa tra 35-70 MeV e corrente massima di 750 μA. Il fascio primario sarà poi fatto collidere con dei bersagli di diversa natura (principalmente UCx<ref>{{Cita pubblicazione|autore=G. Pretea|autore2=et al.|titolo=The SPES project at the INFN- Laboratori Nazionali di Legnaro|rivista=EPJ Web of Conferences|volume=66|numero=11030|doi=10.1051/epjconf/20146611030}}</ref>) al fine di poter produrre dei fasci esotici secondari. La produzione di questi fasci avverrà nella zona denominata Target Ion Source Complex che sarà seguita da un sistema di separazione in massa in alta risoluzione dei prodotti e da un sistema di pre accelerazione del fascio secondario del tipo Radio Frequency Quadrupole (RFQ). E' prevista una sala per le analisi ed esperimenti con fasci secondari non accelerati denominata Low Energy R.I.B., mentre i fasci secondari accelerati tramite RFQ potranno essere accelerati dal pre-esistente [[Acceleratore di particelle|acceleratore]] superconduttivo ALPI e finalmente convogliati nelle sale sperimentali del complesso Tandem-ALPI-Piave per l'analisi tramite la strumentazione scientifica pre-esistente e descritta nella sezione dedicata al complesso Tandem-ALPI-PIAVE.
 
==TANDEM-ALPI-PIAVE==
[[File:Galileo beamline at Legnaro.jpg|miniatura|Array di rivelatori al germanio iper-puro del sistema GALILEO, presso la sala sperimentale 2, complesso Tandem ALPI Piave, Laboratori Nazionali di Legnaro.]]
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, una sala di acquisizione dati 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. InfattiGrazie ai lavori in corso, le sale sperimentali potranno ricevere il fascio generato anche dal complesso SPES, rendendo quindi possibile analizzare fasci esotici con tutte le strumentazioni installate. Ad oggi, 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 sonoSono 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<ref>{{Cita pubblicazione|nome=P.|cognome=Reiter|data=2020-01-15|titolo=γ-ray tracking with AGATA: A new perspective for spectroscopy at radioactive ion beam facilities|rivista=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms|volume=463|pp=221–226|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1016/j.nimb.2019.05.041|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168583X19303623}}</ref>) dal 2022 verrà spostato presso unala sala sperimentale 1 del complesso Tandem-Alpi-Piave e inizierà qui una nuova serie di prese dati<ref>{{Cita pubblicazione|nome=W.|cognome=Korten|nome2=A.|cognome2=Atac|nome3=D.|cognome3=Beaumel|data=2020-05-19|titolo=Physics opportunities with the Advanced Gamma Tracking Array: AGATA|rivista=The European Physical Journal A|volume=56|numero=5|pp=137|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1140/epja/s10050-020-00132-w|url=https://doi.org/10.1140/epja/s10050-020-00132-w}}</ref>. Di particolare interesse anche gli esperimenti GARFIELD<ref>{{Cita pubblicazione|nome=M.|cognome=Bruno|nome2=F.|cognome2=Gramegna|nome3=T.|cognome3=Marchi|data=2013-10-21|titolo=GARFIELD + RCo digital upgrade: A modern set-up for mass and charge identification of heavy-ion reaction products|rivista=The European Physical Journal A|volume=49|numero=10|pp=128|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1140/epja/i2013-13128-2|url=https://doi.org/10.1140/epja/i2013-13128-2}}</ref>, PRISMA<ref>{{Cita pubblicazione|nome=A. M.|cognome=Stefanini|nome2=L.|cognome2=Corradi|nome3=G.|cognome3=Maron|data=2002-04-22|titolo=The heavy-ion magnetic spectrometer PRISMA|rivista=Nuclear Physics A|volume=701|numero=1|pp=217–221|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1016/S0375-9474(01)01578-0|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0375947401015780}}</ref> (spettrometro magnetico per ioni pesanti in grado di ricostruire traiettorie), [https://www.lnl.infn.it/fisica-nucleare-csn3/ GALILEO] <ref>{{Cita pubblicazione|nome=Calin A|cognome=Ur|data=2012-05-28|titolo=Perspectives for the gamma-ray spectroscopy at LNL: the GALILEO project|rivista=Journal of Physics: Conference Series|volume=366|pp=012044|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1088/1742-6596/366/1/012044|url=https://doi.org/10.1088/1742-6596/366/1/012044}}</ref>(sistema di rivelazione di raggi gamma tramite rilevatori a germanio iperpuro, espandibile anche per l'installazione di array di rivelatori come [[Scintillatore|scintillatori]]) e 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). Negli ultimi anni, gli esperimenti che hanno beneficiato di maggiori ore di fascio sono stati GALIEO e PRISMA. Nei prossimi anni è prevedibile che l'installazione del sistema europeo AGATA con PRISMA, combinata con l'accensione di SPES, focalizzerà in questi due esperimenti gli sforzi scientifici dei laboratori.
[[File:Esperimento Prisma e sala sperimentale 1 a LNL.jpg|miniatura|Esperimento Prisma presso la sala sperimentale 1 del complesso Tandem-ALPI-PIAVE nei Laboratori Nazionali di Legnaro]]
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.
'''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]]. Si estende 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 loro [[temperatura critica]] (9.2K ovvero -264°C circa), ovvero in regime di superconduttività, e quindi in 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}}</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>.
 
'''PIAVE''' è un [[acceleratore lineare]] utilizzato solo come iniettore per l'acceleratore ALPI, basato anch'esso su cavità acceleranti superconduttive e interamente progettato dai laboratori nazionali di Legnaro. E’ operativo dal 2004 ed è utilizzato come iniettore alternativo all'acceleratore Tandem, ovvero viene usato per accelerare specie non facilmente ottenibili con l'acceleratore Tandem. Gli ioni sono generati da una sorgente del tipo ECR (Electron Cyclotron Resonance) in grado di produrre ioni ad alto stato di carica già all'origine. La sorgente ECR è posizionata all'interno di una piattaforma in alta tensione che può operare fino a 400kV, in modo che gli ioni in esso generati possano uscire già parzialmente accelerati. Dopo questa fase di generazione del fascio, gli ioni sono accelerati nuovamente tramite due quadrupoli (SRFQ superconducting Radio-Frequency Quadrupoles) e 8 cavità acceleranti QWR (simili a quelle di ALPI), in modo da raggiungere l'energia minima necessaria per essere iniettati in ALPI <ref name=":0"/>. Grazie a questo acceleratore-iniettore sono stati generati fasci di O, Ne, Ar, Kr, Xe<ref name=":0"/>, ma anche fasci di ioni pesanti derivati da Sn, Ca, Mo, Pb. Dal 2015 al 2017 PIAVE è stato oggetto di un intervento di manutenzione e miglioramento volto a sostituire parti usurate, aumentare il campo accelerante e permette l'accelerazione di ioni pesanti, come l'Uranio<ref>{{Cita pubblicazione|nome=D.|cognome=Bortolato|nome2=V.|cognome2=Andreev|nome3=G.|cognome3=Bisoffi|data=2018-09|titolo=Upgrade of PIAVE superconducting RFQs at INFN-Legnaro|rivista=Journal of Physics: Conference Series|volume=1067|pp=082008|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1088/1742-6596/1067/8/082008|url=https://doi.org/10.1088/1742-6596/1067/8/082008}}</ref>.
 
==AN2000 e CN==
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