Servizio Radioisotopi per la Fisica Nucleare

Il servizio Radioisotopi per la Fisica Nucleare cura la produzione con la tecnica ISOL di ioni esotici di interesse per la comunità di fisica nucleare. Oltre allo sviluppo delle tecnologie per la produzione, ionizzazione e trasporto delle specie esotiche di interesse, si occupa anche e delle apparecchiature ancillari necessarie per il funzionamento in sicurezza degli apparati sperimentali. La tecnica ISOL prevede che un bersaglio di produzione sia irraggiato per mezzo di un fascio di particelle, inducendo in esso reazioni nucleari. Grazie alle temperature elevate di esercizio (2000°C), i nuclei prodotti dalle reazioni possono essere rilasciati dal bersaglio e possono raggiungere una sorgente di ionizzazione, dove acquisiscono una carica e vengono estratti in un fascio tramite intensi campi elettrici. Il fascio così ottenuto viene fatto passare attraverso un selettore di massa elettromagnetico, dove viene filtrato delle particelle di massa diversa da quella voluta.

Il servizio Radioisotopi per la Fisica Nucleare comprende diverse attività: lo sviluppo delle unità target-sorgente di ionizzazione, la caratterizzazione delle sorgenti di ionizzazione, lo studio dei processi di foto-ionizzazione, lo sviluppo del Front-End di SPES e del sistema di remote handling delle unità Target-sorgente di ionizzazione.

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L’attività di sviluppo delle unità target-sorgente di ionizzazione riguarda la progettazione e i test dei componenti necessari a mantenere in sicurezza in alto vuoto e ad alta temperatura (circa 2000°C) i bersagli e le sorgenti di ionizzazione di SPES.

Il bersaglio di SPES ad alta temperatura

L’attività di caratterizzazione delle sorgenti di ionizzazione riguarda i test di tali componenti al fine di determinare l’efficienza del processo di ionizzazione per i vari elementi chimici di interesse. Le due sorgenti in fase di studio sono la sorgente di ionizzazione superficiale e la sorgente di ionizzazione al plasma. Come alternativa, il processo di ionizzazione può essere effettuato attraverso l’utilizzo di opportuni laser a determinate lunghezze d’onda. La determinazione di tali lunghezze d’onda è l’obiettivo dell’attività di studio dei processi di foto-ionizzazione, che viene effettuata in due laboratori, uno dotato di un laser con la tecnologia più innovativa “solid state” che sarà impiegato per la ionizzazione dei nuclei radioattivi e uno a tecnologia “dye” utilizzato per studi preliminari di ionizzazione con elementi stabili.

Il laser a tecnologia Solid State di SPES

Il laser a tecnologia dye di SPES

Le attività di sviluppo del Front-End di SPES riguardano la progettazione meccanica, i test e l’operazione del Front –End, ovvero la macchina che ha la funzione di ospitare l’unità target-sorgente di ionizzazione, accelerare, trasportare e purificare il fascio di particelle estratto dal bersaglio SPES.

Vista del Front-End di SPES

Infine, l’attività di sviluppo del sistema di remote handling riguarda la progettazione i test e la gestione di tutti i dispositivi per la movimentazione e la sostituzione dell’unità target-sorgente di ionizzazione, dopo che questa è stata irraggiata. Infatti, dopo l’irraggiamento, i componenti del Front-End e dell’unità target-sorgente di ionizzazione risulteranno radioattivi, rendendo quindi rischiose eventuali operazioni manuali sulla macchina. Per questo motivo sono state sviluppate delle macchine, azionate da remoto in grado di gestire alcune operazioni di ripristino del Front-End.

L’AGV, il veicolo in grado di sostituire l’unità target-sorgente di ionizzazione