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Tandem-XTU

Verso metà degli anni ottanta i LNL hanno fatto un primo salto di prestazioni, in termini di energia degli ioni accelerati, con l’acquisizione di un terzo acceleratore elettrostatico, del tipo Tandem-XTU, dalla ditta High Voltage Engineering (con sede negli Stati Uniti). Il Tandem, molto più grande degli acceleratori CN-7 MV e AN2000, è basato su un principio di funzionamento che ne differisce leggermente. Il terminale di alta tensione (che nel caso dei LNL supera i 14,5 MV di tensione elettrostatica massima) è posizionato al centro e sull’asse di una tank orizzontale, (mostrata in Fig 6) a sua volta riempita di gas di isolamento (SF6  esafluoruro di zolfo) ad una pressione di 7 atm.

acc image010Fig. 6 – Foto dell’ interno della tank del tandem: si notano il terminale ad alta tensione e la colonna (foto di Andrea Alessio)

Il tubo da vuoto e la colonna che regge il terminale si estendono da entrambi i lati del terminale, attorno all’asse della tank lungo il quale corre la conduttura in vuoto entro la quale viaggiano le particelle. Nel caso del tandem il terminale si trova ad una tensione positiva. Lo schema di funzionamento del Tandem, descritto qui nel seguito, è rappresentato nella Fig. 7.

Gli ioni vengono generati in una sorgente esterna all’acceleratore ed estratti con carica debolmente postiva (q=+1). Prima di entrare nel Tandem attraversano una regione di carica nella quale, giocando sull’affinità elettronica relativa, ricevono 2 elettroni dal gas con il quale interagiscono (gas cesio, Cs). Il primo elettrone rende l’atomo neutro, mentre il secondo gli dà una carica debolmente negativa (q=-1). In questo stato gli ioni si affacciano al lato di bassa energia del tandem venendo attratti (cioè accelerati) dal terminale a VT = +14,5 MV.

image012Fig.7 – Schema di funzionamento del tandem (a cura di F. Cervellera). Sono individuabili: Piattaforma che alloggia la sorgente di ioni (1); tubo accelerante (2); colonna (3) che sostiene il terminale ad alta tensione (4), all’interno del quale è situata la stazione di “stripping” del fascio (5); cinghia di carica “laddertron” (6); stazione di diagnostica del fascio (7); magneti deflettori (8); tank che contiene gas SF6 a 7 atm (9).

All’interno del terminale metallico (come nel caso degli altri due acceleratori elettrostatici una gabbia di Faraday che non sente i campi elettrici esterni) gli ioni attraversano un sottilissimo foglio di carbonio (detto “stripper”) che, al prezzo di assorbire una piccola parte del fascio, è in grado di spogliare gli ioni rimanenti di un cospicuo numero di elettroni (fino a q'=10÷20, dipendendo ciò dal tipo e dall’energia sin allora acquisita dallo ione accelerato) e di far proseguire la corsa di ioni a questo punto altamente carichi “positivi” fino ad farli uscire dall’altra parte del terminale di alta tensione (sempre a carica positiva). Qui gli ioni sono soggetti alla forza a questo punto repulsiva (cariche uguali) tra ione e terminale e subiscono una seconda accelerazione (da cui il nome “Tandem”) nella seconda metà dell’acceleratore. In ragione dell’alto stato di carica, l’energia E = q'·VT acquistata nella seconda parte del tandem è di gran lunga superiore a quella acquistata nella prima metà.

All’uscita del tandem (Fig.8a), sempre mediante deflettori e lenti magnetostatiche, il fascio di particelle viene condotto verso il bersaglio selezionato, nel relativo punto-misura, tramite un selettore di fascio (Fig.8b). In alternativa, tenendo spento il dipolo magnetico che conduce alle sale dei punti misura, il fascio può essere condotto sino all’ingresso dell’acceleratore lineare ALPI per essere ulteriormente accelerato.

fig07 2Fig. 8b - Il tratto di canale di fascio che conduce al magnete di “switching”: distribuisce il fascio in uno dei canali, alla fine dei quali si trovano bersaglio e apparato di misura (foto di Andrea Alessio)fig07 1Fig . 8a Foto del canale del fascio in uscita dal Tandem: si possono notare i sistemi ancillari (pompe da vuoto) e le lenti magnetiche (quadrupolo) che, in determinati punti mantengono focalizzato il fascio (foto di Andea Alessio)







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