Sorgente di luce di sincrotrone

Autore: Leandro Alegsa

20-12-2020

Una sorgente di luce di sincrotrone è una sorgente di radiazione elettromagnetica prodotta da un sincrotrone. La radiazione può essere prodotta artificialmente per scopi scientifici e tecnici da acceleratori di particelle specializzati, tipicamente accelerando gli elettroni. Una volta che il fascio di elettroni ad alta energia è stato generato, viene diretto in componenti ausiliari come magneti a flessione e dispositivi di inserimento (ondulatori o wigglers) in anelli di immagazzinamento e laser ad elettroni liberi. Questi alimentano i forti campi magnetici perpendicolari al fascio che sono necessari per convertire l'energia degli elettroni ad alta energia in luce o in qualche altra forma di radiazione elettromagnetica.

La radiazione di sincrotrone può verificarsi negli acceleratori sia come disturbo negli esperimenti di fisica delle particelle, sia di proposito per molti usi di laboratorio. Gli elettroni sono accelerati ad alte velocità in diverse fasi per ottenere un'energia finale che può essere nell'intervallo GeV. Nel Large Hadron Collider (LHC), i grappoli di protoni producono anche la radiazione ad ampiezza e frequenza crescenti mentre accelerano nel campo di vuoto, producendo fotoelettroni. I fotoelettroni producono poi elettroni secondari dalle pareti del tubo con frequenza e densità crescenti fino a 7x1010. Ogni protone può perdere 6,7keV per giro a causa di questo fenomeno. Quindi, sia i sincrotroni di elettroni che i sincrotroni di protoni possono essere una sorgente di luce.

Le principali applicazioni della luce di sincrotrone sono nella fisica della materia condensata, nella scienza dei materiali, nella biologia e nella medicina. Molti esperimenti che utilizzano la luce di sincrotrone sonda la struttura della materia dal livello sub-nanometrico della struttura elettronica al livello micrometrico e millimetrico. Questo è importante nell'imaging medico. Un esempio di applicazione industriale pratica è la produzione di microstrutture mediante il processo di litografia, galvanoplastica e stampaggio (LIGA).

Domande e risposte

D: Che cos'è una sorgente di luce di sincrotrone?

R: Una sorgente di luce di sincrotrone è una fonte di radiazione elettromagnetica prodotta da un acceleratore di particelle specializzato, in genere accelerando gli elettroni.

D: Come si creano forti campi magnetici per convertire l'energia degli elettroni ad alta energia in luce o in altre forme di radiazione elettromagnetica?

R: I campi magnetici forti sono creati da componenti ausiliari come i magneti di piegatura e i dispositivi di inserimento (ondulatori o wigglers) negli anelli di accumulo e nei laser a elettroni liberi. Questi forniscono i forti campi magnetici perpendicolari al fascio, necessari per convertire l'energia degli elettroni ad alta energia in luce o in un'altra forma di radiazione elettromagnetica.

D: Che tipo di particelle possono essere accelerate in un sincrotrone?

R: Gli elettroni possono essere accelerati ad alta velocità in diverse fasi per raggiungere un'energia finale che può essere nell'ordine dei GeV. Inoltre, i fasci di protoni producono radiazioni di ampiezza e frequenza crescenti mentre accelerano nel campo del vuoto, producendo fotoelettroni.

D: Quali tipi di applicazioni ha la luce di sincrotrone?

R: Le principali applicazioni della luce di sincrotrone riguardano la fisica della materia condensata, la scienza dei materiali, la biologia e la medicina. Molti esperimenti che utilizzano la luce di sincrotrone sondano la struttura della materia dal livello sub-nanometrico della struttura elettronica al livello micrometrico e millimetrico. Questo è importante nell'imaging medico. Un esempio di applicazione industriale pratica è la produzione di microstrutture mediante il processo di litografia, elettroplaccatura e stampaggio (LIGA).

D: Quanta energia perde ogni protone per giro a causa di questo fenomeno?

R: Ogni protone può perdere 6,7keV per giro a causa di questo fenomeno.

D: Che tipo di acceleratori producono in genere queste sorgenti?

R: Le sorgenti di luce di sincrotrone sono tipicamente prodotte da acceleratori di particelle specializzati, come gli anelli di accumulo e i laser a elettroni liberi.