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È in funzione l’acceleratore di particelle dello European XFEL

xfel from researchitaly.itLo European XFEL - il più lungo acceleratore lineare superconduttivo al mondo - ha terminato con successo una delle ultime fasi della costruzione in previsione dell'inizio dell'attività scientifica. La collaborazione, di cui l’Italia è uno dei principali partner internazionali, ha completato la messa in servizio (commissioning) dell'acceleratore di particelle che alimenterà il laser a raggi X.

Il fascio di elettroni è stato accelerato lungo l'intera lunghezza (2,1 Km) dell'acceleratore superconduttivo. Nella fase successiva, l'energia acquisita dagli elettroni alla fine del processo di accelerazione sarà ulteriormente aumentata fino a raggiungere quella necessaria per attraversare la sezione di ondulatori magnetici attraverso i quali viene generata la radiazione laser a raggi X. Il raggiungimento di questo ulteriore obiettivo, il primo 'lasing', è previsto per il prossimo mese di maggio.

Il progetto European XFEL ha lo scopo di realizzare una sorgente di radiazione di sincrotrone di quarta generazione, basata sul processo FEL (Free Electron Laser, Laser ad Elettroni Liberi). Tra le più grandi e ambiziose infrastrutture Europee di ricerca, dal costo di oltre 1.2 miliardi di euro, lo European XFEL consentirà la produzione di raggi X ultracorti, coerenti, ad elevata brillanza, che apriranno nuove possibilità di ricerca negli ambiti della fisica dello stato solido, della geofisica, della chimica, della scienza dei materiali, delle nanotecnologie, della medicina e della microbiologia strutturale. Nei laboratori dello European XFEL ad Amburgo (Germania) sarà possibile fotografare e filmare, con risoluzione atomica, i processi biologici, chimici e della materia sia condensata che nello stato eccitato di plasma.

Indicato come uno dei progetti più importanti nelle “roadmap” prodotte da ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures), l’infrastruttura European XFEL, di cui l’Italia è uno dei principali partner internazionali, porrà l’Europa all’avanguardia in campo internazionale, aprendo nuove strade per lo sviluppo delle conoscenze scientifiche fondamentali e per le loro applicazioni in campo biologico, medicale e dei nuovi materiali.

“La realizzazione e la messa in funzione dell’acceleratore dell’European XFEL è un importante traguardo per la ricerca Europea ed internazionale” ha dichiarato Fernando Ferroni, Presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare “e l’INFN ne è particolarmente orgoglioso per il sostanziale contributo dato con il prezioso sostengo dell’industria nazionale. L’INFN ha contribuito in modo essenziale alla realizzazione dell’acceleratore dell’European XFEL, sviluppando al laboratorio LASA di Milano, guidato da Carlo Pagani, la sorgente fotoemissiva di elettroni ultra freddi ed intensi, i moduli di accelerazione superconduttivi e il sistema di terza armonica per la linearizzazione del fascio. Grazie a ciò, il contributo Italiano (circa 40 milioni, poco meno del 3% del costo complessivo del progetto XFEL, Ndr), finanziato dal MIUR e mediato dall’INFN, ha comportato un ritorno quasi doppio in commesse di elevata tecnologia verso l’industria nazionale. Inoltre sono italiani il 10% dei ricercatori e tecnici assunti dalla società European XFEL”.

Il Presidente del Consiglio di Amministrazione dello European XFEL, Robert Feidenhans ha detto: “La messa in servizio con successo dell’acceleratore è un passo molto importante che ci avvicina all’inizio della fase di funzionamento dell’impianto per gli utenti scientifici che prevediamo per il prossimo autunno. Negli scorsi anni il Consorzio per l’Acceleratore, che comprende 17 istituti di ricerca sotto la guida del DESY, ha svolto un lavoro eccellente. Per questo ringrazio tutti i colleghi coinvolti, per il rilevante contribuito in termini di know-how ma anche per l’enorme impegno personale. L'acceleratore dello European XFEL è un eccellente esempio di cooperazione globale di successo, che ha visto lavorare insieme strutture di ricerca, istituti e università a fianco delle aziende che hanno realizzato i componenti “.

Lo European XFEL è un laser a raggi X dalle caratteristiche superlative: produrrà fino a 27.000 impulsi laser a raggi X al secondo, così brevi e intensi da consentire ai ricercatori di ottenere immagini delle strutture atomiche e dei processi chimici e fisici che si sviluppano a queste dimensioni.

L'acceleratore di particelle superconduttivo, ora operativo in tutta la sua lunghezza, è il componente chiave dell’impianto laser a raggi X lungo complessivamente 3,4 km. La tecnologia superconduttiva dell’acceleratore, sviluppata dalla collaborazione internazionale TESLA guidata da DESY, permette di ottenere valori estremamente elevati, unici, di ripetizione degli impulsi di raggi X. In un acceleratore di particelle superconduttivo le strutture acceleranti non presentano alcuna resistenza all’attraversamento della corrente elettrica che le alimentano ma, per raggiungere queste caratteristiche, devono essere raffreddate a temperature estremamente basse.

Tra dicembre e gennaio scorso, l'acceleratore è stato raffreddato alla temperatura di funzionamento di -271 °C. Successivamente è stata messa in esercizio la prima sezione dell’acceleratore, il cosiddetto “iniettore di elettroni”, che comprende complessivamente 18 dei 98 moduli totali dell'acceleratore. All'interno di questa sezione, i pacchetti di elettroni sono accelerati e compressi fino a raggiungere una dimensione di 10 micrometri (un millesimo di millimetro). Infine, dopo l’installazione e messa in funzione della terza sezione dell'acceleratore, gli elettroni hanno potuto raggiungere l'energia di 12 GeV (gigaelectronvolts, miliardi di eV). A regime, è previsto che l'energia degli elettroni potrà raggiungere fino a 17,5 GeV.

“L'energia e le altre caratteristiche del fascio di elettroni sono già compatibili con i valori che dovranno assumere durante la prima fase di funzionamento per utenti”, spiega il fisico Winfried Decking di DESY, che guida le operazioni di messa in servizio dell’acceleratore dello European XFEL. I componenti dell'acceleratore, quasi tutti realizzati appositamente, verranno ora estensivamente provati, messi a punto e coordinati fino ad ottenere un controllo accurato delle caratteristiche del fascio di elettroni. A questo punto gli elettroni accelerati saranno guidati nella sezione successiva dove attraverseranno delle speciali strutture magnetiche, chiamate ondulatori, che nello European XFEL si estendono per circa 210 m. In questa sezione, il moto ondulatorio periodico degli elettroni genererà gli impulsi laser di radiazione X ultraluminosi. Gli esperimenti scientifici dovrebbero iniziare questo autunno.

L'acceleratore di particelle superconduttivo dello European XFEL è stato costruito, nel corso degli ultimi sette anni, da un consorzio internazionale, sotto la guida di DESY, composto dai seguenti istituti di ricerca: CEA and CNRS in Francia; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italia; IFJ-PAN, NCBJ, e la Wrocław University of Technology in Polonia; Budker Institute, Institute for High Energy Physics, Institute for Nuclear Research, e NIIEFA in Russia; CIEMAT e Universidad Politécnica de Madrid in Spagna; Manne Siegbahn Laboratory, Stockholm University, e Uppsala University in Svezia; Paul Scherrer Institute in Svizzera.

27 aprile 2017
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