Laboratori nazionali di Legnaro: differenze tra le versioni
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==Storia==
[[File:INFN Laboratori Nazionali di Legnaro, Italy.jpg|miniatura|destra|Cavità risonante a superconduttore (RFQ) presso i Laboratori Nazionali di Legnaro]]
I laboratori sono stati fondati, sotto impulso di [[Claudio Villi]] e [[Antonio Rostagni]], nel 1960 dall'[[Università di Padova]], che inizialmente disponeva di un acceleratore elettrostatico con una tensione massima di 7 MV.
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Attualmente i Laboratori di Legnaro sono diretti dalla Dr.ssa Fabiana Gramegna, in carico dal 1 Gennario 2020.
==Acceleratori==
*CN - 7 MV
*AN 2000
*Tandem-XTU
*ALPI - Acceleratore Lineare per Ioni
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==TANDEM-ALPI-PIAVE==
[[File:Galileo beamline at Legnaro.jpg|miniatura|
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. Grazie 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. 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. 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 la 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|
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. [[File:LNL-INFN Tandem XTU.jpg|thumb|Acceleratore XTU Tandem presso i Laboratori Nazionali di Legnaro]]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' <sup>197</sup>Au, anche se all'aumentare della massa dello ione, gli stripper di carbonio sono sempre di più sollecitati e devono essere sostituiti molto spesso.
'''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>.
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==AN2000 e CN==
[[File:AN2000 camera UNIPD.jpg|thumb|Camera di misura per ion-beam analysis presso acceleratore AN2000 presso i Laboratori Nazionali di Legnaro. Camera del gruppo di Fisica della Materia sperimentale dell'Università di Padova.]]Gli acceleratori [https://www.lnl.infn.it/an2000/ AN2000] e [https://www.lnl.infn.it/cn/ CN] sono due acceleratori di tipo [[Generatore di Van de Graaff|Van de Graaff]] a singolo stadio installati presso i Laboratori Nazionali di Legnaro. Le due macchine acceleratrici sono di proprietà dell'[[Università degli Studi di Padova]] ma il loro funzionamento, gestione e manutenzione è regolato da un accordo tra i Laboratori di Legnaro INFN e l'Università.
L'acceleratore '''CN''' è l'acceleratore più datato dei laboratori, installato nel 1961 come primo acceleratore dei laboratori, può raggiungere i 7 MV (oggi limitato a 5.5 MV) ed è installato verticalmente, dentro ad una torre dedicata. Alto più di 7m, è composto da una tank che contiene il gas di schermatura (N<sub>2</sub>+SF<sub>6</sub>) con proprietà isolanti, mantenuto alla pressione di 12-14 bar. Con questo acceleratore si accelerano principalmente fasci di protoni, elio (singolo o doppio carichi) e deuterio utili a compiere esperimenti di fisica applicata e anche di fisica di base<ref name=":2">{{Cita pubblicazione|autore=V. Rigato|anno=2013|titolo=Interdisciplinary physics with small accelerators at LNL: Status and perspectives|rivista=AIP Conference Proceedings|volume=1530|numero=29}}</ref>. Nel primo caso, diversi esperimenti sono dedicati alla scienza dei materiali<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Francesco|cognome=Sgarbossa|nome2=Alberto|cognome2=Levarato|nome3=Sara Maria|cognome3=Carturan|data=2021-03-01|titolo=Phosphorus precursors reactivity versus hydrogenated Ge surface: towards a reliable self-limited monolayer doping|rivista=Applied Surface Science|volume=541|pp=148532|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1016/j.apsusc.2020.148532|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433220332906}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=F|cognome=Sgarbossa|nome2=S M|cognome2=Carturan|nome3=D|cognome3=De Salvador|data=2018-09-17|titolo=Monolayer doping of germanium by phosphorus-containing molecules|rivista=Nanotechnology|volume=29|numero=46|pp=465702|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1088/1361-6528/aade30|url=https://doi.org/10.1088/1361-6528/aade30}}</ref>, alla radiobiologia<ref>{{Cita pubblicazione|autore=G. Germogli|autore2=et al.|anno=2019|titolo=Radioisotope Production through Accelerators in Crystalline Targets|rivista=Proceedings|volume=26|numero=51}}</ref>, allo studio del danneggiamento da radiazioni, alla dosimetria e più in generale allo studio dell'iterazione radiazione-materia<ref name=":3">{{Cita pubblicazione|autore=Bagli|autore2=et al.|anno=2019|titolo=Enhancement of the Inelastic Nuclear Interaction Rate in Crystals via Antichanneling|rivista=PHYSICAL REVIEW LETTERS|volume=123|numero=044801}}</ref>. Questo acceleratore è ancora di interesse per la fisica di base poiché si possono compiere studi di sezioni d’urto e studi di funzioni di eccitazione per canali di reazione nucleari ancora poco investigati e di interesse scientifico<ref>{{Cita pubblicazione|autore=A. Caciolli|anno=2017|titolo=Nuclear Astrophysics at LNL: The 25Mg(α, n)28Si Reaction Studied at the CN Accelerator|rivista=Proceedings of the 14th International Symposium on Nuclei in the Cosmos|volume=14|numero=021013}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|autore=M. Cinausero|autore2=et al.|anno=2020|titolo=New investigations on the 32S(3He,d)33Cl reaction at 9.6 MeV bombarding energy|rivista=Journal of Physics: Conference Series|volume=1643|numero=012047}}</ref>, così come studi di spettrometria neutronica e gamma. Inoltre, grazie a delle installazioni recentemente compiute, è possibile generare fasci di neutroni secondari di media intensità (dell'ordine di 10<sup>9</sup> -10<sup>10</sup> s<sup>-1</sup>) grazie alla generazione da un fascio di protoni pulsato dall'acceleratore CN fatto incidere in una stazione dedicata per la generazione di neutroni. Sono così possibili esperimenti sui tempi di volo di neutroni.[[File:Magnete An2000.jpg|miniatura|Magnete di analisi dell'acceleratore AN2000]]L'acceleratore '''AN2000''' è un acceleratore in grado di produrre fasci di elio e idrogeno sfruttando un potenziale di accelerazione fino a 2.2 MV. Dato il suo range di energia, esso è principalmente usato per esperimenti al di sotto della barriera coulombiana, o per reazioni nucleari di elementi leggeri negli strati superficiali della materia<ref name=":2">{{Cita pubblicazione|autore=V. Rigato|anno=2013|titolo=Interdisciplinary physics with small accelerators at LNL: Status and perspectives|rivista=AIP Conference Proceedings|volume=1530|numero=29}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=A.|cognome=Caciolli|nome2=R.|cognome2=Depalo|nome3=V.|cognome3=Rigato|data=2019-10-04|titolo=A new study of the 10B(p,$\alpha_{1}\gamma$)7Be reaction from 0.35 to 1.8 MeV|rivista=The European Physical Journal A|volume=55|numero=10|pp=171|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1140/epja/i2019-12859-2|url=https://doi.org/10.1140/epja/i2019-12859-2}}</ref>. Nella sala sperimentale sono installate diverse linee di fascio dedicate ad esperimenti per fisica applicata e fisica della materia<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Francesco|cognome=Sgarbossa|nome2=Gianluigi|cognome2=Maggioni|nome3=Gian Andrea|cognome3=Rizzi|data=2019-12-01|titolo=Self-limiting Sb monolayer as a diffusion source for Ge doping|rivista=Applied Surface Science|volume=496|pp=143713|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1016/j.apsusc.2019.143713|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433219325103}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Chiara|cognome=Carraro|nome2=Ruggero|cognome2=Milazzo|nome3=Francesco|cognome3=Sgarbossa|data=2020-04-15|titolo=N-type heavy doping with ultralow resistivity in Ge by Sb deposition and pulsed laser melting|rivista=Applied Surface Science|volume=509|pp=145229|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1016/j.apsusc.2019.145229|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433219340462}}</ref>. L’analisi di materiali con fasci ionici è la principale attività svolta con questo acceleratore, permettendo la rilevazione della composizione chimica e i profili di distribuzione di vari elementi che lo compongono, a varie profondità. Applicazioni ai beni culturali<ref>{{Cita libro|nome=JohanVE|cognome=Nyberg|nome2=Douglas|cognome2=MacGregor|nome3=Faiçal|cognome3=Azaiez|titolo=APPENDIX A: EUROPEAN FACILITIES USING NUCLEAR TECHNIQUES TO STUDY CULTURAL HERITAGE|url=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1051/978-2-7598-2091-7-009/html|accesso=2022-01-15|data=2021-02-11|editore=EDP Sciences|lingua=en|ISBN=978-2-7598-2091-7|DOI=10.1051/978-2-7598-2091-7-009}}</ref>, all’archeologia<ref>{{Cita pubblicazione|autore=D. Cristea-Stan|autore2=et al.|anno=2018|titolo=Ancient Silver and Bronze Metallurgy Studies by Micro-PIXE and SEM-EDS|rivista=Romanian Journal of Physics|volume=63|numero=204}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Roxana|cognome=Bugoi|nome2=Cristina|cognome2=Talmaţchi|nome3=Constantin|cognome3=Haitǎ|data=2020-08-15|titolo=Scientific investigations on Byzantine pottery from Castellum 22, Romania|rivista=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms|volume=477|pp=80–86|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1016/j.nimb.2019.11.025|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168583X19307803}}</ref>, e all'analisi di contaminanti per la datazione dei reperti (campioni solidi) o per studi su carotaggi di ghiacci sono stati condotti grazie a questo acceleratore. Inoltre, nel campo della fisica dell’ambiente, è stato determinato con grande precisione il livello di contaminazione e di inquinamento di aria ed acqua. A rendere unico questo acceleratore è l'istallazione della linea del micro fascio (microbeam)<ref>{{Cita pubblicazione|nome=D.|cognome=Bollini|nome2=F.|cognome2=Cervellera|nome3=G. P.|cognome3=Egeni|data=1993-04-15|titolo=The microbeam facility of the AN-2000 accelerator of the Laboratori Nazionali di Legnaro|rivista=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment|volume=328|numero=1|pp=173–176|lingua=en|accesso=2022-01-15|doi=10.1016/0168-9002(93)90621-N|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/016890029390621N}}</ref>, in grado di realizzare un pennello di fascio di ioni delle dimensioni di appena qualche [[Micrometro (unità di misura)|micrometro]] di larghezza trasversale. Grazie a questa strumentazione è quindi possibile utilizzare il fascio come una sonda ionica molto piccola per un'analisi estremamente localizzata di un campione, oppure si può usare il micro fascio per andare a modificare delle caratteristiche superficiali dei materiali con una particolare precisone laterale. Sono inoltre presenti nelle linee di fascio sistemi di misura e di movimentazione molto precise ed accurate dedicate a studi di [[Channeling (fisica)|channelling]] tra materiali cristallini e fasci ionici: essi permettono lo studio avanzato della materia e dell'interazione ioni-materia in condizioni di particolari allineamenti tra i fasci ionici e i materiali cristallini in fase di analisi<ref name=":3">{{Cita pubblicazione|autore=Bagli|autore2=et al.|anno=2019|titolo=Enhancement of the Inelastic Nuclear Interaction Rate in Crystals via Antichanneling|rivista=PHYSICAL REVIEW LETTERS|volume=123|numero=044801}}</ref>.
== Note ==
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