sincrotrone

sincrotrone

Acceleratore di particelle (elettroni e positroni) a forma di anello in cui il campo magnetico, che spinge le particelle a circolare nell’anello, e il campo elettrico, che le porta ad accelerare nella loro corsa, sono sincronizzati tra loro in modo che il moto delle particelle sia ben focalizzato sul piano orizzontale e rimanga stabile nell’anello fino alle massime velocità. Le particelle, emesse da una sorgente opportuna, sono iniettate a gruppi nell’anello d’accumulazione già a velocità altissima per effetto di un acceleratore lineare (linac) e sono poi mantenute in movimento circolare all’interno dell’anello grazie all’effetto combinato del campo magnetico e di quello elettrico. Di fatto, la macchina è formata da un certo numero di sezioni rettilinee in cui sono situati i magneti e in cui le particelle sono accelerate, raccordate tra loro da sezioni curve in cui le particelle vengono deviate e rallentate dalla loro velocità relativistica, provocando l’emissione tangenziale di una radiazione di altissima energia: la radiazione (o luce) di sincrotrone. L’angolo di apertura risulta inversamente proporzionale al rapporto tra energia totale ed energia a riposo della particella che genera l’emissione. Questa radiazione deflessa (la causa principale di perdita di energia negli accelleratori circolari) inizia già molto intensa, cresce ulteriormente, ma lentamente, formando un ampio spettro di energie fino a raggiungere un valore critico (energia critica) per poi decrescere bruscamente a zero. L’energia critica è funzione dei parametri costruttivi dell’anello (campo magnetico e curvatura critica): tanto maggiore è la circonferenza dell’anello tanto maggiore è l’energia raggiungibile. Il massimo, al momento, è rappresentato da LHC (Large hadron collider) del CERN, a Ginevra, che ha un anello lungo ca. 27 km e un’energia massima di 7 TeV, corrispondente a collisioni nel centro di massa di 14 TeV. In pratica, però, il sincrotrone più grande disponibile per applicazioni industriali e di scienza dei materiali è Spring-8, un sincrotrone giapponese di 1436 m di circonferenza che arriva a 8 GeV di energia. La polarizzazione lineare della radiazione di sincrotrone, il suo ampio range spettrale e la sua elevata intensità rendono la radiazione di sincrotrone un’importante sorgente di radiazione per esperimenti in ogni campo della scienza. Una sorgente di radiazione monocromatica è utilizzata nello studio della struttura di solidi cristallini e amorfi o di liquidi e gas. Nella ricerca sperimentale la radiazione di sincrotrone è impiegata in tecniche di microspettroscopia, spettroscopia ad alta risoluzione, analisi strutturali, radiometria. Grazie all’alta brillanza della sorgente e al miglioramento degli elementi ottici e dei rivelatori è stato infatti possibile sviluppare microscopi X a scansione con risoluzione submicrometrica. Nella litografia X l’uso di una sorgente intensa e ben collimata come l’emissione di sincrotrone riduce i tempi di esposizione e migliora la risoluzione. Nel campo della medicina essa trova applicazione in alcune tecniche diagnostiche come l’angiografia e la mammografia.

→ Astrofisica delle alte energie