Acceleratori per la Fisica Nucleare: Catania Nuove prospettive. Luigi Campajola

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1 Università di Napoli Federico II Dipartimento di Scienze Fisiche Laboratorio Acceleratore Acceleratori per la Fisica Nucleare: Catania Nuove prospettive Luigi Campajola

2 Perché servono gli acceleratori? Per vedere un oggetto bisogna illuminarlo con un onda la cui lunghezza (λ) sia minore delle dimensioni dell oggetto. Radar 10-1 m Aerei, navi, ecc. Microscopio ottico 10-7 m Batteri, ecc.? m Nuclei Acceleratori Per vedere oggetti sempre più piccoli ci vogliono energie sempre più grandi Far urtare due particelle per frantumarle e studiare i loro componenti elementari 16/03/2010 Luigi Campajola 2

3 Classificazione degli acceleratori diretti Generatori elettrostatici: 1. A cinghia (Van de Graaf) 2. Ladderton 3. Pelletron 4. Trasformatori: 1. Rettificatore (C - W) 2. Moltiplicatore di tensione 3. Trasformatore in cascata 4. A singolo stadio o a più stadi 16/03/2010 Luigi Campajola 3

4 Classificazione degli acceleratori indiretti Traiettoria lineare: (elettroni o ioni) 1. Quadrupolo (RFQ) 2. Lineare (LINAC) 3. Traiettoria circolare o a spirale: 1. Ciclotrone 2. Sincrotrone 3. Betatrone 4. Traiettoria mista 16/03/2010 Luigi Campajola 4

5 Schema a blocchi 1. Sorgente di ioni o di elettroni 2. Struttura di accelerazione 3. Trasporto del fascio 4. Analisi 5. Zona bersagli 6. Sistemi ausiliari 16/03/2010 Luigi Campajola 5

6 i Laboratori Nazionali del Sud 16/03/2010 Luigi Campajola 6

7 L Iniettore 16/03/2010 Luigi Campajola 7

8 Le sorgenti 16/03/2010 Luigi Campajola 8

9 L Acceleratore Tandem Van de Graaf HVEC tipo MP 15 MV Può accelerare quasi tutti gli elementi della tavola periodica eccetto i gas nobili Correnti tipiche: na 16/03/2010 Luigi Campajola 9

10 L Acceleratore 16/03/2010 Luigi Campajola 10

11 Schema di principio di un acceleratore elettrostatico E = qx V I b C I b I b = q/t I c I b : corrente di belt I c : corrente di colonna I l : corrente di loss Terminale HV I l loss: V = q/c Radiazioni Scariche Loading dei tubi 16/03/2010 Luigi Campajola 11

12 Schema elettrico di un acceleratore tandem Van de Graaf 16/03/2010 Luigi Campajola 12

13 Effetto dello stripping Gli ioni negativi iniettati nell acceleratore vengono accelerati verso il terminale ad alta tensione. All interno del terminale gli ioni collidono con un sottile foglio di carbonio (stripper) e le eventuali molecole isobariche presenti vengono rotte. Nel passaggio attraverso lo stripper gli ioni negativi iniettati sono convertiti in ioni positivi e riaccelerati nel secondo stadio dell acceleratore. I - I ++ I + I /03/2010 Luigi Campajola 13

14 Energia cinetica per un acceleratore tandem -e +V +eq L energia cinetica dopo l accelerazione è: E = ev extr +ev t +ev t q E = e(v extr +V t *(q+1)) Nel caso di iniezione di ioni molecolari: E = e(v extr *M f /M i +V t *(q+ M f /M i ) 16/03/2010 Luigi Campajola 14

15 Drive motor e pettine di carica 16/03/2010 Luigi Campajola 15

16 Sistema di carica pelletron 16/03/2010 Luigi Campajola 16

17 Elettrodi di accelerazione 16/03/2010 Luigi Campajola 17

18 Selezione (magnetica) in massa F =qvb a = v 2 /r Da F = ma (con v e B perpendicolari) qvb = mv 2 /r Br = (2mE/q 2 ) 1/2 E Q : cost : cost A parità di raggio di curvatura della traiettoria, il campo magnetico è proporzionale alla radice quadrata della massa Un magnete è individuato dal prodotto: me 16/03/2010 Luigi Campajola 18

19 Selezione in massa B=cost m 1 m 2 m 3 M= m 1, m 2, m 3 r = cost φ Br = (2xMxE/q 2 ) 1/2 m 3 16/03/2010 Luigi Campajola 19

20 Una camera di scattering 16/03/2010 Luigi Campajola 20

21 Il Ciclotrone 16/03/2010 Luigi Campajola 21

22 Il ciclotrone 16/03/2010 Luigi Campajola 22

23 Il ciclotrone 16/03/2010 Luigi Campajola 23

24 Il Ciclotrone 16/03/2010 Luigi Campajola 24

25 La sorgente per il ciclotrone 16/03/2010 Luigi Campajola 25

26 Fasci Radioattivi 16/03/2010 Luigi Campajola 26

27 EXotics with CYclotron and Tandem EXCYT 16/03/2010 Luigi Campajola 27

28 Fasci Radioattivi 16/03/2010 Luigi Campajola 28

29 ISOL (Ion Source On Line 16/03/2010 Luigi Campajola 29

30 EXCYT - ISOL 16/03/2010 Luigi Campajola 30

31 Fasci Radioattivi 16/03/2010 Luigi Campajola 31

32 Fasci Radioattivi Potenziamento del sistema Anello Di Accumulazione: Energia ~ 20 kev/amu Emittanza bassa Brillanza alta 16/03/2010 Luigi Campajola 32

33 ADARF ADARF: Anello Di Accumulazione a RadioFrequenza L. Campajola, D. Davino, M.R. Masullo, A. Ruggiero Dagli studi teorici e dalle simulazioni si evince che focalizzazione e curvatura del fascio possono avvenire solo grazie al campo a RF senza bisogno di dipoli magnetici. Vantaggi Alte intensità di fasci Piccole dimensioni trasversali di fascio Ingombro ridotto (assenza di magneti) (Possibilità di accelerazione) 16/03/2010 Luigi Campajola 33

34 ADARF Principio fisico z y -V 0 y t=t 0 +V 0 x +V 0 a x -V 0 a 16/03/2010 Luigi Campajola 34

35 ADARF Principio fisico z y +V 0 y t=t 0 -V 0 x -V 0 a x +V 0 a 16/03/2010 Luigi Campajola 35

36 ADARF Modello lineare e modello curvo Le caratteristiche principali sono la semplicità di costruzione, la modularità e il fattore di qualità non troppo spinto 16/03/2010 Luigi Campajola 36

37 ADARF Parametri di progetto 16/03/2010 Luigi Campajola 37

38 ADARF Parametri RF 16/03/2010 Luigi Campajola 38

39 1st Curved Sector. No perturbation ( = 0) Radius of Curvature = cm Estimated Radial Offset ~ 0.35 mm All Particles Hor. mm Vert. mm (x, y) Full Projection 16/03/2010 Luigi Campajola 39

40 16/03/2010 Luigi Campajola 40

41 Anello Di Accumulazione a RF ADARF L ADARF può essere un nuovo tipo di: anello di accumulazione e/o acceleratore È stato realizzato e testato un modello freddo È stato realizzato e testato (EM) un modello caldo I primi test di fascio sono stati effettuati È in corso di perfezionamento il sistema di diagnostica di fascio Il settore curvo è stato progettato e ne è stata avviata la realizzazione 16/03/2010 Luigi Campajola 41