Study and development of high release refractory materials for the SPES project

Nel corso dell’ultimo secolo, la ricerca teorica e sperimentale condotta dalla comunità internazionale in fisica nucleare ha portato ad importanti passi avanti nella comprensione dei meccanismi che governano il comportamento dei nuclei e della loro stabilità. In molti casi, le innovazioni tecnologiche che si sono rese necessarie per supportare tali ricerche hanno aperto la strada verso nuove applicazioni scientifiche ed industriali con ripercussioni dirette nella vita di tutti i giorni. Attualmente, l’Europa è sempre più leader nel campo della fisica nucleare, teorica e sperimentale, come testimoniato dalla presenza nel suo territorio di svariati istituti e laboratori dedicati a questa specifica area di ricerca, come ad esempio il CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire), il più grande laboratorio al mondo per la fisica delle particelle. L’Italia, principalmente rappresentata dall’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), è uno dei principali membri di questa comunità. Uno dei progetti più importanti finanziato dall’INFN è SPES (Selective Production of Exotic Species), la cui finalità è la costruzione di una facility per la produzione di fasci di ioni radioattivi, in uno dei quattro laboratori nazionali dell’INFN, LNL (Laboratori Nazionali di Legnaro). La facility è progettata per produrre e fornire agli utenti isotopi proton-rich e neutron-rich (massa compresa fra 80 e 160 amu) utilizzabili per esperimenti di fisica nucleare, ma anche per altre applicazioni in diversi settori scientifici. La formazione di tali isotopi avverrà all’interno di uno specifico bersaglio (target), che rappresenta il cuore dell’intero progetto. La scelta dell’opportuno materiale per il target, sia in termini di composizione che di proprietà è di vitale importanza nel determinare la quantità e tipo di isotopi prodotti. In questo lavoro, vengono descritte nel dettaglio la sintesi e caratterizzazione di diversi tipi di materiali proposti come target, ed inoltre vengono riportati i risultati di test sperimentali condotti su alcuni di essi, ottenuti in modalità molto simili a quelle a cui saranno sottoposti nella facility SPES. Il capitolo 1 fornisce una presentazione generale del progetto SPES e del contesto scientifico ad esso legato, mentre nel capitolo 2 viene descritto nel dettaglio il comportamento operativo del target SPES, con particolare riferimento alla sua geometria e alle proprietà del materiale che lo costituirà. Nel capitolo 3 vengono presentate le proprietà del materiale scelto come bersaglio per produrre isotopi neutron-rich, ovvero il carburo di uranio; vengono inoltre presentati i risultati di un test sperimentale di produzione di isotopi da parte di un prototipo di target SPES costituito di tale materiale. Il capitolo 4 descrive la sintesi e caratterizzazione di carburi di boro e lantanio, con particolare riferimento alle proprietà riconducibili alla capacità di rilascio di isotopi; tali materiali rappresentano dei potenziali target SPES per la produzione di isotopi proton-rich