Laboratori Nazionali del Sud

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Fisica Applicata

La Commissione V dell'INFN, spesso anche intesa come la 'Commissione tecnologica' è quella componente dell'Istituto che si occupa delle attività tecnologiche e multidisciplinari.

Essa comprende tutte le attività che riguardano la fisica degli acceleratori, lo sviluppo di nuovi rivelatori e la fisica multisciplinare in senso ampio (applicazioni della fisica alla medicina, al calcolo computazionale, alla fisica dello spazio, alla fisica dei beni ambientali e culturali, etc.).

Tutte le attività della Commissione V sono consultabili al link ufficiale.

Presso i Laboratori Nazionali del Sud, la Commissione V conta un totale di circa (anno 2016) 45 FTE (Full Time Equivalent). Le attività attive spaziano dallo studio e sviluppo di nuove tecniche di accelerazioni (DEMETRA, ELIMED, L3IA), di nuove e innovative sorgenti per ioni e loro diagnostica (AISHA, ESS, VESPRI), di nuovi rivelatori (esperimento SICILIA), alla fisica medica (progetti RDH, IRPT, NADIR), alla fisica computazionale (progetto MC-INFN) e a quella dei beni culturali ed ambientali (CHNET_IMAGING, RADIOLAB).

Di seguito la lista (in ordine alfabetico) dei progetti attualmente attivi (2016) con una breve descrizione e il corrispondente link alla pagina web ufficiale.


CHNET_IMAGING

CHNET_IMAGING

Resp Nazionale e Locale: Dr Paolo Romano

Sito web:

La presente proposta scientifica riguarda la realizzazione di una stazione di misura, operante con tecniche analitiche integrate per l’imaging in due dimensioni e per misure di superfice, in campioni nei quali è presente un distribuzione laterale eterogenea degli elementi chimici ed una struttura stratigrafica lungo lo spessore degli stessi. L’apparato di misura potrà operare presso la linea di fascio 80 gradi dei LNS. Una rappresentazione schematica della stazione di misura è mostrata in figura 4. Vengono anche indicati i principali sistemi di rivelazione poi meglio dettagliati nella successiva sezione sperimentale. Questa comprenderà le seguenti tecniche: - Full Field Particle Induced X-Ray Emission (FF-PIXE), basata sull’uso di fasci di protoni esterni di bassa energia accelerati mediante il TANDEM dei LNS per l’analisi elementale spazialmente risolta del campione (risoluzione spaziale 20 µm) senza necessità di operare la scansione. - Energy Resolved X-Ray Radiography (ER-XRR) operante mediante un fascio X ad alta brillanza, già disponibile ai LNS, per effettuare la radiografia digitale risolta in energia simultaneamente alle misure FF-PIXE. - Grazing Incidence X-ray Fluorescence (GI-XRF) operante con fasci laminari ottenuti accoppiando filtri angolari (particolari lenti policapillari a raggi paralleli) ad una sorgente X ad alta potenza.


DEMETRA

DEMETRA(DiElectric and METallic Radiofrequency Accelerator )

Responsabile nazionale e locale: Prof G. Sorbello

Sito web:

L'obiettivo dell'esperimento DEMETRA è la modellizazione, lo sviluppo e la validazione sperimentale di  strutture atte all’accelerazione lineare delle particelle, attraverso strutture metalliche e dielettrici ad alto gradiente. Nel LINAC il valore del gradiente massimo di accelerazione è un parametro fondamentale, in quanto esso determina la lunghezza totale della macchina e la potenza necessaria.

Raggiungere elevati gradienti di accelerazione nella prossima generazione di acceleratori lineari è un obbiettivo molto impegnativo. Per aggiornare le prestazioni del LINAC alla banda X a 11.424 GHz, infatti, diversi aspetti devono essere considerati e alcuni di loro saranno affrontati in questo esperimento. Nello scorso secolo gli acceleratori hanno giocato un ruolo chiave in ambito scientifico e nella società e certamente continueranno a svolgere un ruolo chiave anche nei prossimi decenni (non solo in fisica delle alte energie). Più di 15000 acceleratori sono in uso in tutto il mondo, oltre il 97% di questi acceleratori sono utilizzati per diverse applicazioni industriali e commerciali e questo numero è in continua crescita. Attualmente, I linac per elettroni usati per la radioterapia rappresentano un terzo di tutti gli acceleratori esistenti. Negli ultimi anni sono stati proposti i “dielectric accelerators”, per far fronte agli effetti di breakdown in presenza di campi elettrici elevati. I due principali aspetti innovativi di questo approccio sono:

1.       la soglia di danneggiamento dei dielettrici è migliore rispetto ai metalli;

2.       la possibilità di evitare le classiche strutture metalliche e lavorare a frequenze molto più elevate in regime ottico.

La proposta dell'esperimento DEMETRA è organizzato in due pacchetti correlati di lavoro (WDS): WP1: Strutture metalliche innovative  WP2: Strutture dielettriche innovative.


ELIMED

ELIMED (ELI-Beamlines MEDical and multidisciplinary applications)

e

L3IA (Line for Laser Light Ions Acceleration)

Responsabili nazionali: Dr D Giove, Dr L Gizzi, Dr GAP Cirrone

Responsabile locale: Dr GAP Cirrone

Sito web: https://web.infn.it/ELIMED/

 

ELIMED e L3IA sono due progetti intimamente connessi e entrambi dedicati allo sviluppo di nuove tecniche di accelerazione e relativi strumenti diagnostici, per fasci di ioni accelerati dalla interazione di laser di alta potenza con la materia.

L'attività e lo stato del progetto ELIMED è descritta con maggiori dettagli nella pagina dedicata.

L3IA è una attività dedicata allo sviluppo di una linea accelerazione e trasporto di fasci laser-driven presso l'Istituto INO del CNR. L3IA rappresenta oggi l'unica facility in corso di realizzazione che sarà dedicata al trasporto di fascio di ioni accelerati da laser per applicazioni multidisciplinari.

L'attività di L3IA non si limita solo allo sviluppo della linea, ma anche allo studio e sviluppo dei rivelatori per la diagnostica dei fasci accelerati. Tali fasci, infatti, hanno caratteristiche energetiche e temporali del tutto particolari e necessitano dello sviluppo di rivelatori assolutamente innovativi.

 

ESS (European Spallation Source)

See dedicated section


MC-INFN

MC-INFN: Monte Carlo nell'INFN

Responsabile nazionale e locale: Dr GAP Cirrone

Sito web: http://geant4.lngs.infn.it/

 

Il progetto MC-INFN racchiude, al momento, tutte le attività di computing e modelling presenti all'interno della Commissione V. IN particolare esso è oggi costituito da due diverse gruppi: il gruppo di sviluppatori Italiani di FLUKA e quello di Geant4.
Le attività del progetto sono quindi principalmente legate allo sviluppo dei due codici e, conseguentemente, l'attività ha una connessione strettissima ed è intimamente integrata, con quelle portate avanti all'interno delle collaborazioni internazionali.

Dettagli delle attività condotte dentro MC-INFN possono essere trovate all'interno del sito web ufficiale del progetto (http://geant4.lngs.infn.it/) e della pagina Facebook (https://www.facebook.com/SoftwareandGeant4School/), quest'ultima dedicata specificatamente alle attività di disseminazione.



NADIR

NADIR (biological relevant Nanodosimetry of Ionising Radiation)

Responsabile nazionale: Dr V. Conte

Responsabile locale: Dr GAP Cirrone

 

Recenti risultati ottenuti in campo nazionale (esperimento MITRA del GRV dell’INFN) e internazionale (progetto europeo BioQUart) indicano la concreta possibilità di un nuovo concetto dosimetrico per l’interazione della radiazione ionizzante con la materia. Particolari caratteristiche della struttura di traccia delle particelle, misurate a livello del nanometro, risultano essere molto ben correlate con le sezioni d’urto radiobiologiche che si ricavano dalle curve di sopravvivenza cellulare. Sono state dunque individuate alcune grandezze fisiche misurabili, che possono descrivere e predire l’effetto biologico della radiazione ionizzante, una volta che l’apparato di misura sia stato calibrato sull’end-point biologico in esame. Questo risultato è stato confermato indipendentemente da tre gruppi di ricerca con tre diversi apparati sperimentali. La correlazione tra grandezze fisiche e osservabili radiobiologiche è stato condotto utilizzando curve di sopravvivenza cellulare disponibili in letteratura, per le quali il campo di radiazione viene specificato dal tipo e dall’energia (talvolta il LET) della particella ionizzante. La corrispettiva grandezza fisica nanodosimetrica, assente nel database radiobiologico, è stata calcolata utilizzando simulazioni Monte Carlo. Sarebbe chiaramente molto più significativo poter caratterizzare contestualmente il campo di radiazione sia dal punto di vista nanodosimetrico che da quello radiobiologico. Per rendere attuabili queste misure, è necessario costruire un nuovo apparato sperimentale in cui poter effettuare misure simultanee di nanodosimetria e di radiobiologia di cellule sane e tumorali. Lo scopo di questo progetto è la realizzazione di una facility europea in cui fisici, radiobiologi e medici lavorino in sinergia per caratterizzare la qualità fisica della radiazione che significativamente ne determina l’effetto biologico o, ancor meglio, terapeutico. Questa conoscenza consentirà l’utilizzo appropriato di modalità di trattamento combinate, che miglioreranno l’indice terapeutico del trattamento radiante.


SiCILIA

SiCILIA (SIlicon Carbide detectors for Intense Luminosity Investigations and Applications)

Responsabile nazionale: Dr S Tudisco

Responsabile locale: Prof G Lanzalone

Sito web: https://sites.google.com/site/infnsicilia/home

 

La tecnologia del carburo di silicio offre oggi una risposta ideale a numerose sfide poste dalla fisica dei rivelatori, in quanto dà la possibilità di unire le eccellenti proprietà dei rivelatori al silicio (risoluzione, efficienza, linearità, compattezza) con una maggiore resistenza alle radiazioni (fino a cinque ordini di grandezza per  ioni pesanti ),  una maggiore stabilità termica e una insensibilità alla luce visibile.

Tuttavia non  esistono rivelatori del genere in commercio e quelli esistenti necessitano di un miglioramento significativo sia in termini di aumento dello spessore attivo e dell’area di rivelazione.

Lo scopo di SiCILIA è di sviluppare processi innovativi, che permettano una produzione massiccia di rivelatori SiC più spessi e con un’ area attiva di più grandi dimensioni (circa 1 cm^2) con un livello di difetti senza precedenti.


VESPRI

VESPRI (VEry Sensitive evaluation of Plasma density by micRowave Interferometry)

Responsabile nazionale: Dr D Mascali

Responsabile locale: Dr D Mascali

Sito web:

 

L'esperimento VESPRI si propone di realizzare un interferometro a microonde per la misura della densità elettronica in plasmi eccitati da microonde e confinati magneticamente. 
Le motivazioni alla base di tale attività di ricerca sono legate allo sviluppo di sorgenti ioniche al plasma (ECRIS: Electron Cyclotron Resonance Ion Sources) in grado di soddisfare la crescente richiesta da parte della fisica di base e delle applicazioni industriali di fasci ionici ad elevata corrente, ad alto stato di carica medio, e a bassa emittanza.


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