Strumentazione per Acceleratori Ultracompatti

Il numero di acceleratori nel mondo è quadruplicato negli ultimi 20 anni. Una domanda sempre crescente è soprattutto quella di acceleratori di piccole dimensioni e costi contenuti che possano essere utilizzati in ambito industriale, medico e come sorgenti di radiazione compatte.

Varie tecnologie sono in sviluppo per questo fine con differenti approcci. Si ricerca spingendo al massimo la tecnologia delle strutture a RadioFrequenza (RF), aumentandone il gradiente di accelerazione e scalandone la frequenza. Oppure si cerca un cambio di paradigma utilizzando una onda di plasma per trasferire energia alle particelle cariche.

In questo ultimo caso si potrebbero raggiungere gradienti di accelerazione di un fattore anche 1000 superiore agli standard attuali.

I nostri studi si concentrano sullo sviluppo sia della strumentazione necessaria per misurare le caratteristiche di questi fasci, ultracorti e ultrabrillanti, sia nella qualificazione della radiazione che viene emessa da queste macchine, con il fine di poterla usare per investigare la fisica dell’accelerazione, ma anche con la prospettiva di potere utilizzare questa radiazione per scopi applicativi.


 

EuPRAXIA

Applicazioni di un acceleratore ultracompatto

Il progetto Europeo EuPRAXIA ha appena prodotto un Conceptual Design Report del primo acceleratore a plasma in grado di pilotare una sorgente di radiazione di alta brillanza e monocromatica nei raggi X. Sono stati affrontati per la prima volta una serie di problematiche che non vengono di solito prese in considerazione in esperimenti di principio. In particolare, noi abbiamo coordinato la parte relativa alla misura e caratterizzazione delle proprietà dei fasci di particelle accelerate.

Il progetto sta lavorando per essere incluso nella road map delle infrastrutture europee (ESFRI) e passare così alla fase di definizione tecnica della macchina.


 

CompactLight

Una struttura accelerante compatta in banda X, dimensioni longitudinali 50 cm.

Il progetto Europeo CompactLight è in divenire. Si tratta di una collaborazione per studiare un acceleratore ultracompatto basato su tecnologia a Radiofrequenza, tutto in banda X (circa 12 GHz). La macchina viene sviluppata per la produzione di radiazione X coerente per scopi applicativi.

Anche in questo progetto europeo noi coordiniamo la parte di misura delle caratteristiche del fascio di particelle e della radiazione emessa.

La collaborazione presenterà alla fine del 2021 il progetto concettuale della macchina


 

Accelerazione al plasma a SPARC_LAB

SPARC_LAB accelerator

SPARC_LAB accelerator

Vista dell’interno del tunnel dell’acceleratore presso SPARC_LAB

SPARC_LAB è un laboratorio interdisciplinare volto allo sviluppo di nuovi acceleratori per uso applicativo. Il nostro dipartimento è sempre stato in stretto contatto con questo laboratorio, visto che diversi studenti hanno condotti gli studi per la loro tesi di laurea o di dottorato là. Una parte del tempo macchina sarà presto riservata solo agli utenti della radiazione e non più solo per ricerca e sviluppo.

L’accelerazione a plasma con fasci di alta brillanza o laser di alta potenza è attualmente il focus del laboratorio.

Il nostro dipartimento partecipa per quanto concerne la parte di diagnostica della radiazione e del fascio di particelle, studiando in particolare la radiazione di betatrone che può anche essere usata in ambito applicativo


 

EuPRAXIA@SPARC_LAB, acceleratore multidisciplinare al plasma.

 

Disegno dell’edificio che conterrà il nuovo acceleratore

Recentemente sono state stanziate le risorse per la costruzione di un nuovo acceleratore presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN. Si tratta di una macchina spinta da una tecnologia ibrida, parte tradizionale e parte a plasma. L’obiettivo è di pilotare un laser ad elettroni liberi per ricerche di fisica fondamentale e applicata.

La macchina fornirà inoltre altre sorgenti di radiazione X, basate sulla radiazione di betatrone, una sorgente nel THz, sorgenti di particelle cariche, e anche di positroni. Il tutto ruoterà intorno ad un iniettore di elettroni ad alta brillanza e un laser di altissima potenza.

Anche in questo progetto siamo impegnati nella parte di sviluppo della strumentazione per diagnostica sulle particelle e sulla radiazione.