Istituto nazionale di fisica nucleare a Legnaro (INFN)

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antenna auriga

Gli LNL furono fondati nel 1960 con il patrocinio dell’università di Padova, per ospitare l’acceleratore di particelle “Van De Graaff CN” da 5.5 MeV (si legge mega elettron volt) successivamente aumentati a 7MeV. Al tempo si trattava di uno dei macchinari più sofisticati, che fecero guadagnare così prestigio internazionale al laboratorio: è per questo che nel 1968 venne assorbito nell’INFN l’istituto nazionale di fisica nucleare.

van de graaf CN

Van De Graaff CN Accelerator 7MeV

Successivamente venne aggiunto il Van de Graaff AN2000 capace di fornire 2Mev ed ancora il Tandem XTU, da 16MeV: quest’ultimo tra l’altro venne potenziato poi a 18MeV. Il vero salto di qualità avvenne con la costruzione dell’acceleratore ALPI, un acceleratore lineare con cavità risonanti a superconduttore, da 20MeV: l’acceleratore ALPI fu un passo importante verso un altro tipo di tecnologia.

van de graaff an2000Van De Graaff AN2000 Accelerator

Gli acceleratori precedenti Van De Graaff infatti, accelerano le particelle sfruttando una differenza di potenziale generata grazie all’accumulo di cariche attraverso un sistema meccanico costituito da un nastro ed alcuni pettini atti a depositare le cariche sul nastro e poi estrarle per accumularle nel punto di accumulo.

ALPI contenitori criogenici ALPI cavità superconduttive

L’acceleratore ALPI invece sfrutta delle cavità risonanti, ovvero dei contenitori la cui superficie interna è ricoperta di niobio. Grazie all’elio il niobio viene portato a temperature bassissime cioè tra i 5 ed 10°K, trasformando quindi il materiale in un superconduttore. Nel momento in cui una particella attraversa la cavità, essa viene con specifici impulsi prima attirata, conferendole una certa accelerazione, poi appena superata la linea mediana della cavità viene respinta, imprimendo così un ulteriore accelerazione. Questi stadi acceleratori indipendenti vengono posti in successione lungo il tubo sottovuoto dove corre il fascio di particelle, in modo da poterlo accelerare fino ad energie attorno i 20MeV. Essendo gli stadi acceleratori criogenici interamente sviluppati all’interno degli LNL, il know-how e la capacità di sviluppo di acceleratori basati su questa tecnologia è diventato il fiore all’occhiello dei ricercatori padovani.

Forse molti di voi conoscono l’acceleratore LHC situato a Ginevra, controllato dal CERN. E’ interessante paragonare le potenze degli acceleratori di Legnaro, con quelle di LHC. Consideriamo i 20.000.000 di elettronvolt forniti dall’acceleratore ALPI, quando LHC fornisce fino a 4.000.000.000.000 elettronvolt, previsti diventare 14TeV nel 2015. Ma non vi dico questo per denigrare la potenza degli acceleratori padovani, anzi. Ci tengo a sottolineare che per le sperimentazioni in corso a Legnaro non serve far a gara con la potenza massima a disposizione. Se LHC fosse utilizzato per le sperimentazioni in corso a Legnaro, equivarrebbe a colpire una formica con un bazooka! Non ha senso quindi confrontare gli acceleratori in base alla loro potenza, ma quanto agli obbiettivi di ricerca prefissati ed alla qualità del fascio di particelle prodotto. L’acceleratore ALPI, in coppia con il nuovo sistema di iniezione PIAVE, forniscono fasci di particelle di ottima qualità e questo mantiene alto il prestigio dei Laboratori Nazionali di Legnaro.

Ovviamente oltre alle particelle accelerate servono anche dei rivelatori per ottenere informazioni su ciò che avviene quando queste colpiscono il bersaglio.

van de graaff an2000Lo spettrometro Prisma

Prisma ad esempio è uno spettrometro magnetico di massa, serve cioè a distinguere i prodotti di reazioni nucleari di massa medio-alta e quindi a studiare strutture nucleari come quelle degli isotopi moderatamente ricchi di neutroni. Un altro rilevatore, Garfield permette, dall’analisi dei frammenti e particelle leggere che nascono dalla collisione particelle-bersaglio, di identificare i principali processi d’interazione tra i nuclei.

Fino alla fine del 2011 i LNL hanno ospitato Agata, il più avanzato ed efficiente spettrometro gamma mai realizzato, frutto della collaborazione dei fisici nucleari europei. Agata permette di studiare i decadimenti gamma dei nuclei instabili prodotti in laboratorio. Ai LNL è in corso lo sviluppo di un nuovo spettrometro per raggi gamma, denominato Galileo.

Qui però i ricercatori lavorano anche su altri grandi progetti. L’antenna gravitazionale Auriga (prima attivazione 1997-1999) è una speciale antenna super sensibile capace di rilevare le onde gravitazionali provenienti dallo spazio, causate da eventi cosmici di grande portata. Maggiori informazioni le trovate nell’articolo “Antenne gravitazionali” nella sezione Astronomia.

Ringrazio l’Associazione Astrofili Centesi per aver organizzato la visita ai Laboratori Nazionali di Legnaro ed i ricercatori all’interno della struttura per la loro disponibilità nell’accompagnarci durante la visita arricchendo il tutto con accurate spiegazioni e risposte alle nostre domande.

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