Il Poli ha sviluppato un nuovo metodo per l’accelerazione di particelle

Acceleratori più piccoli, flessibili ed economici permetteranno di potenziare la ricerca fondamentale con ricadute importanti su molti campi di applicazione, dalle terapie per la cura dei tumori alla protezione dei beni culturali

Dopo cinque anni di lavoro, ENSURE, un progetto ERC H2020 finanziato dalla Commissione europea, ha raggiunto il suo principale obiettivo: controllare e ottimizzare una tecnica non convenzionale di accelerazione di particelle irraggiando materiali nanostrutturati dalle proprietà innovative con impulsi laser superintensi e ultrabrevi.

I fasci di particelle ad alta energia vengono utilizzati per la ricerca fondamentale ma hanno anche diversi campi di applicazione: ad esempio vengono usati nelle terapie per la cura dei tumori, in alcune tecniche di medicina diagnostica o nella produzione di semiconduttori, come anche nell’ambito dei beni culturali, ad esempio per determinare la composizione di un quadro grazie all’analisi delle proprietà dei materiali utilizzati per la sua realizzazione. Fasci di particelle ad alta energia si ottengono all’interno di acceleratori che, tradizionalmente, presentano alcuni limiti legati ai costi e alle dimensioni che queste strutture richiedono.

Il team di ricerca di ENSURE, guidato dal prof. Matteo Passoni (professore ordinario in Fisica Teorica della Materia al Dipartimento di Energia), ha sviluppato un nuovo metodo di accelerazione di particelle che sfrutta l’interazione tra un impulso laser di elevatissima potenza e brevissima durata (fino a 1020 W/cm2 in poche decine di femtosecondi) e un particolare tipo di nanoschiuma, ideata e sviluppata dal team, con la proprietà di avere una densità intermedia tra quella di un solido e quella di un gas (ve lo abbiamo raccontato nel numero 5 del MAP, che potete leggere in fondo alla pagina).

L’approccio indagato da Passoni consentirà di realizzare acceleratori più compatti e flessibili, con ridotti costi di costruzione e radioprotezione. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in nel paper “Integrated quantitative PIXE analysis and EDX spectroscopy using a laser-driven particle source” sulla rivista Science Advances.

Oltre ai risultati di ricerca, ENSURE ha permesso di creare al Politecnico di Milano due nuovi laboratori che ospitano strumentazione scientifica all’avanguardia per la produzione dei materiali non convenzionali necessari per la fabbricazione dei bersagli irraggiati.

“La ricerca sul processo di accelerazione che abbiamo investigato, sia dal punto visto teorico sia sperimentale, ha dato esiti positivi. Abbiamo prodotto materiali con proprietà peculiari, come schiume di carbonio nanostrutturato a bassissima densità, che possono rendere più efficiente il processo di accelerazione e abbiamo dimostrato che si possono migliorare i risultati puntando oltre che sul laser, anche sui materiali irraggiati, una direzione tecnologicamente meno onerosa e complessa. Inoltre, abbiamo avviato la sperimentazione di alcune importanti applicazioni, con risultati promettenti”, sottolinea Matteo Passoni. “Nel corso degli anni, una decina di giovani ricercatori italiani ha avuto l’opportunità di lavorare con me al Politecnico e l’attività di ricerca ha portato a collaborazioni importanti con eccellenti realtà industriali, di ricerca e accademiche, in ambito nazionale ed internazionale”.

Credits header/home:: Photo by White.Rainforest ∙ 易雨白林. on Unsplash