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12 maggio 2012

Il paradiso degli acceleratori

Il Ring Cyclotron: acceleratore superconduttore da 590 MeV e 2.5 mA di corrente
Come ormai saprete da altri articoli che ho pubblicato velocemente e in ritardo, è da due giorni che sono ospite al PSI nei pressi di Zurigo. Il PSI, che è la sigla di Paul Scherrer Institut, è il più grande laboratorio di ricerca svizzero escludendo il CERN che ha una vocazione internazionale e riceve finanziamenti da tutti gli stati membri. Per darvi un'idea della location in cui si trova il laboratorio provate ad immaginarvi una campagna molto poco densamente abitata, con tantissimo verde, le montagne innevate sullo sfondo guardando verso sud (strano ma vero, questa è località svizzera più lontana dalle Alpi!) e poi il centro di ricerca fatto di una serie ordinata di campannoni squadrati e una grande costruzione circolare. In mezzo passa il fiume Aare, che divide il sito nella parte Est e in quella Ovest. La distinzione non è solo geografica, ma anche a livello di attività: a ovest ci sono tutti gli acceleratori, mentre a est ci sono le altre attività del centro in particolare quelle rivolte alla ricerca sull'energia.



Gli acceleratori sono tanti, ma veramente tanti e di tutti i tipi. Ci sono acceleratori piccolini che inviano i loro fasci di particelle in altri più grandi e da qui in altri ancora più potenti e poi, finalmente verso le stazioni sperimentali. Giusto per darvi un esempio, nel caso del RingCyclotron, che al momento detiene il record mondiale di corrente nel fascio (2.5 mA), un acceleratore elettrostatico Cockcroft - Walton produce un fascio di protoni di pochi keV che viene mandato ad un primo ciclotrone chiamato Injector 2, questo accelera le particelle fino a 70 MeV e poi le spara a sua volta nel suo fratellone maggiore, il ciclotrone ad anello, che continua nell'opera di accelerazione fino a 590 MeV prima di mandare questa enorme quantità di corrente e potenza contro i vari bersagli che la richiedono. Per uno come me, abituato ad un solo acceleratore che fa tutto da solo e con molta meno carne al fuoco, è come guidare una Porsche dopo una vita passata al volante di una 500 vecchio modello.

Ma non è tutto qui. Il parco acceleratori è molto più vasto. C'è un altro importantissimo acceleratore, sempre un ciclotrone, utilizzato 5 giorni alla settimana per trattare i pazienti affetti da alcune forme di tumore molto profondo e che possono trovare nei protoni accelerati una cura per la loro malattia. Se il Ring Cyclotron detiene il record di intensità di corrente, quest'altro è tutto all'opposto: la corrente necessaria è poca come anche inferiore è l'energia dei protoni, ma fondamentale è la stabilità del fascio. E poi c'è il gantry, ovvero la parte terminale della linea di fascio che arriva sul paziente. Immaginatevi di entrare in una saletta con un lettino al centro montato su un braccio mobile. La stanza è relativamente piccola e sul soffitto un dispositivo bianco punta diretto verso il lettino. Eppure il grosso è tutto attorno alla stanza, infatti alcune centinaia di tonnellate di strumentazione, magneti e quant'altro è appesa ad una struttura ruotante che permette di inviare il fascio da posizioni differenti durante il trattamento. Vi assicuro che è una roba da restare a bocca aperta; io ne avevo già visto uno simile - forse più grande - ad Heidelberg, ma è sempre un'impressione vedere quella montagna che si muove e si posiziona precisamente dove il radiologo desidera.

E poi c'è la costruzione circolare di cui vi dicevo precedentemente. Questa contiene un sincrotrone, una tipologia differente di acceleratore, in grado di accelerare elettroni che corrono come matti in un anello vuoto. Durante la loro corsa, passano da alcune strutture, chiamate ondulatori, dove vengono fatti sbandare appositamente e durante questa "derapata" emettono un fascio di luce molto intensa che può essere usata per esperimenti in molti ambiti, tra cui la scienza dei materiale e la biologia. Si chiama Swiss Light Source e ne abbiamo una simile anche in Italia a Trieste.

E poi c'è l'ultimo arrivato, o meglio che sta arrivando. Per il momento è un prototipo di acceleratore lineare, ma ben presto verrà costruito nella sua versione definitiva in un edificio nuovo lungo 700 metri nella foresta attigua. Con questo nuovo acceleratore lineare per elettroni, gli scienziati vogliono costruire un laser (quindi ancora una sorgente di luce), solo che anziché avere fotoni visibili userà raggi X. Si chiamerà SwissFEL (Swiss Free Electron Laser). Di simili ce ne sono altri nel mondo, in particolare quello europeo in costruzione ad Amburgo a Desy e quello italiano che verrà costruito nel campus di Tor Vergata a Roma.

Insomma il PSI è un po' come Disneyland per i fisici degli acceleratori!

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