Laboratori Nazionali del Sud

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Chi Siamo

I Laboratori Nazionali del Sud (LNS) sono uno dei quattro laboratori nazionali dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Istituiti nel 1976, accolgono attualmente circa 150 persone tra ricercatori, tecnologi, tecnici, amministrativi, dottorandi, laureandi, borsisti. Le attività di ricerca sono prevalentemente orientate verso la Fisica nucleare e l'Astrofisica Nucleare e Particellare. I LNS costituiscono altresì un polo avanzato di sviluppo di tecnologie e strumentazione.

 

 

La sede principale dei LNS, sita in via S. Sofia 62, Catania, è il luogo in cui sono dislocati gli acceleratori, le sorgenti di ioni, le linee di fascio, gli apparati sperimentali, i laboratori, gli impianti tecnologici. Nella sede principale si trovano gli uffici e i servizi amministrativi.

 

 

 

Ci sono poi altre due sedi distaccate: una, al porto di Catania, utilizzata per il montaggio e la collocazione temporanea di sistemi relativi all'infrastruttura KM3, l'altra, a Portopalo di Capopassero, costituisce il punto di acquisizione dei dati provenienti dai rivelatori sottomarini collegati a terra tramite un cavo elettro-ottico.

 

 

 

I LNS sono dotati di due acceleratori, un Tandem Van de Graaff con tensione massima al terminale da 15 MV, ed un Ciclotrone Superconduttore K800, un acceleratore molto compatto dotato di bobine superconduttrici che operano immerse in elio liquido alla temperatura di 4.2 K e che possono generare un campo magnetico fino a 4.8 Tesla. I fasci di ioni iniettati nel Ciclotrone sono prodotti, secondo le esigenze, da due sorgenti ECR chiamate SERSE e CAESAR. I due acceleratori consentono di produrre ed accelerare fasci di ioni pesanti in un intervallo molto ampio di massa (dall'idrogeno al piombo) ed energia (1-80 MeV/a.m.u.), offrendo la possibilità di investigare sulle diverse proprietà della materia nucleare con vari tipi di reazione.

 

 

 

Da più di dieci anni sono disponibili fasci di ioni radioattivi ad energie fra 20 e 50 MeV/a.m.u, ossia di elementi non esistenti allo stato naturale ma prodotti artificialmente per brevi istanti, tramite la tecnica di frammentazione di ioni stabili accelerati dal Ciclotrone Superconduttore. In tali reazioni vengono prodotte simultaneamente varie specie nucleari radioattive aventi velocità paragonabili a quella del proiettile stabile adoperato. Dei vari nuclei radioattivi prodotti, opportunamente "etichettati", vengono studiate le caratteristiche tramite le usuali tecniche di spettroscopia nucleare. I fasci prodotti dai due acceleratori possono essere inviati nelle diverse sale sperimentali dei LNS che sono dotate di complessi sistemi di rivelazione, camere di reazione, sistemi da vuoto e di tutta la strumentazione necessaria allo studio delle collisioni nucleari.

 

 

 

Le collisioni nucleo-nucleo ad energie basse (sotto la barriera coulombiana) e alte (energia di Fermi) costituiscono un efficace strumento di indagine sperimentale della struttura nucleare e dei meccanismi di reazione.

Conseguentemente la tipologia degli apparati sperimentali installati si differenzia in base alle caratteristiche delle reazioni che si intendono studiare, del tipo di prodotti di reazione, del numero di particelle emesse, etc.

 

I Laboratori Nazionali del Sud dispongono di alcuni tra gli apparati più all'avanguardia in questo campo:

 

 

 

 

  • il multirivelatore CHIMERA, costituito da 1200 telescopi, uno strumento ideale per studiare il comportamento della equazione di stato della materia nucleare mediante collisioni tra ioni pesanti all'energia di Fermi

 

 

 

 

 

  • lo spettrometro magnetico MAGNEX, ideato per effettuare la misura dei prodotti di reazione emessi ai piccoli angoli rispetto alla direzione del fascio. La sua grande accettanza lo rende uno strumento adatto per la sperimentazione anche con i fasci radioattivi

 

 

 

 

 

  • il complesso costituito dal multirivelatore MEDEA, dal solenoide SOLE e dallo spettrometro MACISTE è un efficace strumento per lo studio dei meccanismi di reazione all'energia di Fermi.

 

 

 

 

Inoltre vari tipi di apparati dedicati possono essere installati in una delle sale sperimentali disponibili.

Per l’Astrofisica Particellare è in costruzione una grande infrastruttura di ricerca sottomarina (Km3NeT) per la rivelazione di neutrini presso una sede dei LNS situata a Portopalo di Capo Passero, utilizzata anche per attività di ricerca multidisciplinari (Geofisica, Vulcanologia, Biologia marina, ecc). 

 

 

Ai LNS è inoltre operativa una sala di irraggiamento per la proton-terapia (CATANA). La realizzazione del progetto CATANA, nato da una collaborazione tra i LNS, l'Istituto di Oftalmologia, l'Istituto di Radiologia ed il Dipartimento di Fisica dell'Università di Catania permette oggi l'utilizzo di un fascio di protoni per la cura dei melanomi oculari. La precisione della tecnica di irradiazione consente un'azione ben localizzata sul tumore col minimo danneggiamento dei tessuti sani circostanti.

 

 

 

 

 

 

 

Sono altresì funzionanti un laboratorio per i beni culturali (LANDIS), un laboratorio per la radioattività ambientale e altri laboratori per attività multidisciplinari (fotonica, biologia, chimica, ecc.).

 

 

 

 Attività di ricerca

Le attività di ricerca presso i LNS sono molto diversificate e si possono classificare come segue:

Fisica Nucleare:

  • studio della struttura e delle proprietà dei nuclei
  • studio dei meccanismi di reazione nelle collisioni tra ioni pesanti ad energie basse (sotto la barriera coulombiana) e alte (energia di Fermi)
  • studio dell'equazione di stato della materia nucleare sia dal punto di vista teorico che sperimentale
  • sviluppo di modelli teorici che descrivono l'interazione nucleo-nucleo

Astrofisica Nucleare:

  • studio delle reazioni nucleari collegate ai meccanismi di combustione nelle stelle e alla sintesi degli elementi

Astrofisica Astroparticellare:

  • il progetto KM3NET è un programma di ricerca e sviluppo che intende realizzare un telescopio sottomarino studiato per rivelare neutrini astrofisici di altissima energia a 3500 m di profondità nel Mar Mediterraneo. La rivelazione di tali neutrini permetterà di esplorare regioni sconosciute dello spazio, nonchè di studiare, con strumenti innovativi, la fisica dei buchi neri e delle sorgenti astrofisiche dell'universo.

Ricerche Interdisciplinari:

Le attività dei LNS si estendono anche ad altri settori della ricerca mediante il trasferimento delle competenze, delle metodologie e delle tecniche strumentali sviluppate nell'ambito della fisica nucleare.

  • sistemi di accelerazione innovativi
  • studio di plasma generato da impulsi laser per produrre ioni energetici ad elevato stato di carica
  • Medicina: la realizzazione del progetto CATANA ha generato una linea di ricerca che studia l'interazione delle particelle cariche accelerate con la materia vivente, oltre allo sviluppo di tecnologie per la misura della dose di radiazioni
  • Beni culturali: il laboratorio LANDIS si occupa dello sviluppo di strumentazione e metodi di indagine “in situ” che consentono di effettuare delle analisi chimico-fisiche con tecniche non distruttive su manufatti, monumenti e opere d'arte
  • Ambiente: sistemi di controllo on-line di scorie radioattive, monitoraggio della radioattività, monitoraggio sismico e geofisico di ambienti sottomarini a profondità abissali
  • Biologia: sviluppo di diagnostica non invasiva nella ricerca sul cancro e nel controllo dell'inquinamento delle acque e della qualità degli alimenti
  • Geofisica e oceanografia:      Il laboratorio multidisciplinare sottomarino consente il collegamento in tempo reale con una stazione per il monitoraggio sismico ed ambientale dell'INGV.