Acceleratori e Superconduttività Applicata - Laurea magistrale in Fisica percorso su - UniMI
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Laurea magistrale in Fisica
percorso su
Acceleratori e Superconduttività
Applicata
LM 2017-2018 1
• Gli acceleratori di particelle sono nati come strumenti per la ricerca di base in Fisica nucleare e sub-nucleare, mirando nel tempo a energie di collisione sempre più elevate. • Si sono sviluppati concetti sempre nuovi e innovativi di acceleratori, utilizzando principi diversissimi (acceleratori elettrostatici, a induzione, lineari, circolari) o impiegando tecnologie di frontiera (superconduttività). LM 2017-2018 2
• Oggi l’impiego degli acceleratori copre altri
settori della fisica, biologia e medicina:
– Adroterapia (medicina)
– Produzione di radioisotopi (medicina, biologia)
– Luce di sincrotrone (biologia, studio dei materiali)
– Impiantazione ionica (semiconduttori)
– Sterilizzazione (processi industriali)
• Anche la superconduttività trova impieghi
diversi:
– Risonanze Magnetiche Nucleari (medicina, biologia)
– Linee elettriche di potenza (industria e civile)
– Motori elettrici ad alto rendimento (industria)
LM 2017-2018 3
Gli acceleratori di particelle
Tipi di acceleratori
Cockcroft - Walton 1930
Acceleratori
elettrostatici
Van de Graaff 1935 Acceleratori nel mondo (stima)
Tandem 1960
Ciclotrone 1930
Impiantatori di ioni 7000
Microtrone 1945
Acceleratori Acceleratori nell’industria 1500
Sincrociclotrone 1946
circolari Acceleratori ricerche non nucleari 1000
Sincrotrone 1953
Ciclotrone AVF 1963 Radioterapia 5000
Wideröe Linac 1928 Produzione radioisotopi medicali 200
Alvarez Linac 1946
Acceleratori Radioterapia adronica 20
lineari Electron Linac 1947
Radiazione sincrotrone 70
RFQ 1970
Ricerca nucleare e subnucleare 110
Betatrone 1940
Acceleratori ad
induzione Induction Linac 1953 Totale 15000
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Dimensioni estreme Barrel Toroid
ATLAS (25 m)
Linac medicale 1 m
LHC (27 km)
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Acceleratori in Italia • LNF (Frascati) – Fisica delle particelle - storage ring e+e- • LNL (Legnaro) – Fisica Nucleare – Tandem+ linac superconduttivo • LNS (Catania) – Fisica Nucleare- Tandem +ciclotrone superconduttore • Elettra (Trieste)- Struttura della materia (luce di sincrotrone) –storage ring elettroni • CNAO (Pavia) – Adroterapia- sincrotrone protoni e carbonio LM 2017-2018 6
Superconduttività:
Consente prestazioni migliori per
– Magneti per acceleratori e rivelatori DC ( campi sino a 15 T )
– Cavità RF ( campi acceleranti sino a 40 MV/m)
con un risparmio sui costi (costruzione + esercizio) ma complessità
di progettazione e criogenia (elio liquido o superfluido)
LM 2017-2018 7
Densità di corrente critica a 4.2 K
104
Critical current density A.mm-2
Nb3S
Le potenzialità e i
n vantaggi della
103
superconduttività sono
enormemente maggiori
NbTi rispetto ai tradizionali
102 elettromagneti in rame
con poli magnetici in
Conventional
iron yoke
ferro
electromagnets
10
Magnetic field (Tesla)
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L’indirizzo di Acceleratori e Superconduttività Applicata della Laurea in Fisica è teso allo sviluppo di nuovi acceleratori di particelle. Nel Dipartimento di Fisica storica tradizione nel campo degli acceleratori al laboratorio LASA (Laboratorio Acceleratori e Superconduttività Applicata). Ciclotrone superconduttore del LNS LM 2017-2018 9
Linee di ricerca attive al LASA
Dipartimento di Fisica
INFN Sezione di Milano
Laboratorio LASA
Segrate (MI)
Tesi (triennali-magistrali e dottorato) disponibili al LASA
anche in collaborazione con laboratori esteri sui temi di
ricerca di punta
Laureati ben apprezzati nei laboratori di ricerca italiani ed
esteri (europei ed americani) e nell’industria
LM 2017-2018 101. Magneti Superconduttivi per acceleratori e rivelatori
Linee principali di ricerca attuali:
• HiLumi-LHC (upgrade della zona di interazione dei fasci - 2020): sviluppo e costruzione
dei magneti correttori di qualità del campo (4-polo, 6-polo, 8-polo, 10-polo e 12-polo)
Prof. M Sorbi
Prof. G. Bellomo
Dott. V. Marinozzi
10-pole cross section 4-pole 3D studies 8-pole assembly at LASA
• Future Circular Collider da 100 TeV (FCC program, collider da 100 km di circonferenza
- 2035): sviluppo dei dipoli principali ad alto campo (16 T).
LHC
LM 2017-2018 11
FCC2. Acceleratori superconduttivi lineari per elettroni e protoni
Linee principali di ricerca attuali:
• XFEL (Free Electron Laser nella regione dei raggi X elettroni a 30 GeV per generare
radiazione X al alta intensità sino a 1 Å (10-10 m).
• European Spallation Source (realizzazione di accelerazioni lineari di protoni ad alta intensità
da 1 GeV per la produzione di neutroni mediante bombardamento)
• EUROTRANS (realizzazione di prototipi di acceleratori superconduttivi per protoni per il
trattamento delle scorie radioattive)
• ILC (International Linear Collider elettrone-positrone)
Schema del FEL (FLASH-Desy)
cavità RF superconduttive ( 1.3GHz)
cavità RF s.c. (700MHz) per protoni Riferimenti:
Prof. Pagani
Dott. Sertore (INFN)
Dott.Michelato (INFN)
LM 2017-2018 123. Acceleratori a plasma con utilizzo laser di potenza:
Principio base emissione da laser Motivazione acceleratori a plasma
Applicazioni alla terapia medica
Riferimenti:
Dott. Giove (INFN)
LM 2017-2018 Dott. Serafini (INFN) Dott. Bacci (INFN) 13
Dott. Andrea Rossi (INFN) Dott.ssa Petrillo (Unimi)Organizzazione del percorso nella Laurea Magistrale • L’indirizzo di Fisica degli Acceleratori prevede una sistematica descrizione dei principi di funzionamento e dei vari tipi di acceleratori (corso Fisica Acceleratori I) • Particolare enfasi sulla superconduttività che è oggi dominante negli acceleratori ultima generazione (LHC-CERN, XFEL-DESY) (corso Superconduttività Applicata e Laboratorio di Superconduttività Applicata ) • Tecniche di accelerazione e diagnostica (Laboratorio Acceleratori) • Diversi orientamenti possibili (dinamica dei fasci; tecnologie superconduttive, del vuoto e criogeniche; tecniche di accelerazione; progettazione di componenti speciali; sorgenti di elettroni) LM 2017-2018 14
Abbreviazioni:
(A) Caratterizzante – Ambito “Sperimentale applicativo”
I ANNO (B) Caratterizzante – Ambito “Teorico e dei Fondamenti della Fisica”
(C) Caratterizzante – Ambito “Microfisico e della Struttura della Materia”
(D) Caratterizzante – Ambito “Astrofisico, Geofisico e Spaziale”
(AFF) Corsi Affini e integrativi
PRIMO SEMESTRE TIPOLOGIA SECONDO SEMESTRE TIPOLOGIA
Elettrodinamica Classica (obbligatorio) A Fisica degli Acceleratori I A
Metodi Matematici della Fisica: B Superconduttività Applicata A
equazioni differenziali 1
(o altro corso di ambito disciplinare B)
-Lab. di Fisica degli Acceleratori C Corso a scelta tra affini e AFF
(in anni solari dispari) integrativi
-Lab. di Superconduttività Applicata
(in anni solari pari)
Elementi di Fisica dei Continui D Corso a scelta tra affini e AFF
(o altro corso di ambito disciplinare D) integrativi
Corso a scelta libera, suggerendo tra: Corso a scelta libera
-Fisica Nucleare
-Fisica delle Particelle
-Interazione e rivelazione della
radiazione nucleare
TOTALE CFU 30 TOTALE CFU 30
LM 2017-2018 15II ANNO
PRIMO SEMESTRE TIPOLOGIA SECONDO SEMESTRE TIPOLOGIA
-Lab. di Fisica degli Acceleratori C Tesi di Laurea 42 CFU
(in anni solari dispari)
-Lab. di Superconduttività Applicata
(in anni solari pari)
Corso a scelta tra affini e integrativi AFF Preparazione Tesi 3 CFU
Abilità informatiche e 3 CFU
telematiche
TOTALE CFU 12 TOTALE CFU 48
Tabella AFF – Corsi affini o integrativi a scelta proposti
Fondamenti di energetica Elettronica 1
Fisica dei solidi 1 Elettronica dei sistemi digitali
Laboratorio di fisica dei laser 1 Elettronica 2
Radioattività Laboratorio di elettronica analogica
Fenomenologia del Modello Standard delle part. Elem. Fisica dei dispositivi elettronici
Fisica nucleare Laboratorio di fisica delle particelle
Fisica sanitaria Lab. di fisica dei plasmi
Rivelatori e tecniche fisica nucleare Fisica dei plasmi e della fusione controllata
LM 2017-2018 16Temi principali nei corsi caratterizzanti:
Fisica degli acceleratori (Prof. Bellomo)
– Descrizione generali degli acceleratori (elettrostatici, a induzione, circolari, lineari)
– Elementi di accelerazione e focalizzazione dei fasci di particelle
– Matrici di trasferimento
– Colliders e luminosità.
Superconduttività Applicata (Prof. Sorbi)
– Elementi di termodinamica applicata alla produzione del freddo e alla liquefazione dei gas
– Fenomenologia della superconduttività e sua descrizione con strumenti della termodinamica
– Instabilità e dissipazioni dei superconduttori
– Applicazioni della superconduttività ai magneti per acceleratori circolari
Laboratorio di Fisica degli Acceleratori (Dr. Bosotti - INFN)
– Misure delle caratteristiche di cavità elettromagnetiche risonanti per acceleratori
– Tecniche diagnostiche dei fasci
Laboratorio di Superconduttività Applicata (Personale INFN)
– Utilizzo di apparati a bassissime temperature e ad alto vuoto
– Misure criogeniche di proprietà caratterizzanti materiali superconduttivi
LM 2017-2018 17Sbocchi professionali post-laurea
1. Per chi desiderasse rimanere nell’ambito della ricerca:
- Dottorati sui temi di ricerca per lo studio di nuovi acceleratori
- PhD presso i laboratori di ricerca internazionali - CERN,
DESY, FERMILAB (USA), Bercley (USA), CEA (Parigi)
2. Ottima collocazione nell’industria o nei servizi, dove
viene apprezzato il lavoro di alto livello scientifico,
tecnico e di coordinazione svolto durante la tesi.
LM 2017-2018 18Puoi anche leggere
