Study, design and test of the Target - Ion Source system for the INFN SPES facility

Sin dagli inizi del ventesimo secolo la fisica nucleare esplora il comportamento e la stabilità dei nuclei atomici, affrontando di volta in volta nuove sfide scientifiche e tecnologiche. Le complesse tecnologie sviluppate appositamente per supportare la ricerca nel campo della fisica nucleare hanno spesso condotto ad importanti applicazioni in medicina, a livello industriale, in fisica applicata, influenzando talvolta in modo profondo gli usi e i costumi della società: la nascita del “web” presso il CERN di Ginevra costituisce un esempio emblematico. Nel corso degli ultimi anni l’Europa è diventata leader nel campo della fisica nucleare: il CERN è il più grande laboratorio di fisica delle particelle al mondo, situato nella periferia a Nordovest di Ginevra in prossimità del confine Franco-Svizzero, e l’Italia, con l’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), è uno dei suoi membri principali. In Italia, uno dei più importanti progetti supportati dall’INFN è il progetto SPES (Selective Production of Exotic Species) che prevede la costruzione di una facility per la produzione di fasci radioattivi presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (Padova). In particolare la facility SPES produrrà nuclei ricchi di neutroni con masse comprese nel range 80-160, da impiegare per la ricerca di base in fisica nucleare e per numerose altre applicazioni in ambito scientifico. Il cuore del progetto è costituito dal sistema target – sorgente di ionizzazione ed in questo lavoro ne vengono presentati lo studio, la progettazione ed i corrispettivi test sperimentali. Il capitolo 1 fornisce una presentazione generale del progetto SPES e del contesto scientifico ad esso legato mentre il capitolo 2 presenta alcuni dettagli dell’area di produzione SPES composta dal sistema target – sorgente di ionizzazione e da tutti gli apparati sperimentali necessari al suo funzionamento. I capitoli 3 e 4 descrivono in dettaglio lo studio, la progettazione ed i test sperimentali svolti rispettivamente per il target SPES e per le sorgenti di ionizzazione SPES. Una volta presentati separatamente il target e la sorgente di ionizzazione, tali componenti vengono studiati in modo accoppiato a livello del capitolo 5, prestando particolare attenzione agli effetti reciproci. Nella parte finale della tesi il capitolo 6 riporta la descrizione dei test on-line sul prototipo del target SPES in carburo di uranio svolti presso l’ HRIBF facility dei Laboratori Nazionali di Oak Ridge (USA).