La raffigurazione del raggio accetta la sfida degli acceleratori sofisticati
I sistemi di diagnostica del raggio sono elementi essenziali di ogni acceleratore di particelle. Senza gli elementi di diagnostica, sarebbe impossibile far funzionare acceleratori lineari per la radioterapia per il cancro, per non parlare del più grande acceleratore di particelle, il Large Hadron Collider. Essi mostrano le proprietà di un raggio di particelle e come si comporta all’interno del complesso dell’acceleratore. Il progetto DITA-IIF (Investigations into advanced beam instrumentation for the optimization of particle accelerators), finanziato dall’UE, è stato dedicato a far avanzare l’arte della diagnostica del raggio basata sulla luce emessa da un raggio di particelle caricate. “Ci sono molte varietà di diagnostica del raggio, alcune basate sul rilevamento diretto delle cariche e delle correnti indotte dal raggio. Il progetto di ricerca DITA-IIF aveva l’obiettivo di far avanzare lo stato dell’arte della diagnostica della radiazione ottica o quasi-ottica,” ha spiegato il professor Carsten Welsh, coordinatore del progetto dell’Università di Liverpool, Regno Unito. Raffigurazione della radiazione ottica Il team di DITA-IIF, coordinato dal dott. Ralph Fiorito del Cockcroft Institute presso l’Università di Liverpool, ha sviluppato un nuovo algoritmo per analizzare la radiazione di transizione ottica prodotta quando un raggio intercetta una lamina sottile. Nello specifico, la forma dell’immagine misurata della radiazione di transizione ottica, la cosiddetta funzione della sorgente puntiforme, da un singolo elettrone è usata per calcolare le dimensioni del raggio. Per raggiungere una precisione al di sotto del micron, artefatti artificiali, come anomalie e misallineamenti sono isolati e rimossi. “Il nuovo metodo è attualmente usato per migliorare la risoluzione dei sistemi ottici sviluppati per raffigurare raggi di dimensioni nell’ordine del micron che sono prodotti dalla Struttura di collaudo dell’acceleratore presso l’Organizzazione di ricerca sull’acceleratore ad alta energia di Tsukuba, in Giappone,” osserva il prof. Welsch. Inoltre i ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica di raffigurazione del raggio basata su una gamma di micro-specchi controllati elettronicamente. Questo processore di luce digitale dispone di una maschera ottica per eliminare la radiazione ottica dal centro del raggio e aggiungere l’immagine risultante a quella dell’aureola esterna. In quanto filtro spaziale, riduce la diffrazione della luce nei sistemi ottici usati per raffigurare il raggio. Per valutare le prestazioni di questi sistemi di raffigurazione del raggio, i ricercatori attualmente confrontano le misurazioni di laboratorio con i risultati delle simulazioni dello Zemax Optical Studio. Il professor Welsh aggiunge che “questo studio comparativo non solo migliorerà la nostra conoscenza del metodo della raffigurazione del raggio, ma anche di qualsiasi processore di luce digitale usato per imaging medico o astronautico e per applicazioni di telerilevamento.” Raffigurazione della radiazione coerente non invasiva Il team di DITA-IIF è andato un passo più avanti proponendo un nuovo metodo di raffigurazione del raggio basato su misurazioni della radiazione coerente prodotte quando un numero di elettroni passa attraverso un’apertura. La distribuzione sia angolare che spaziale della radiazione a diffrazione coerente è catturata e analizzata per dedurre la lunghezza del raggio. I ricercatori inoltre sono riusciti a raffigurare la funzione della sorgente puntiforme della diffrazione della radiazione coerente nel regime della lunghezza d’onda terahertz. Usando il raggio di elettroni 20 GeV generato presso la Facility for Advanced Accelerator Experiment Tests (FACET) della Stanford University negli USA, hanno dimostrato anche la mancanza di contaminazione da altre fonti di radiazione. Oltre ad aver superato la sfida della raffigurazione del raggio ad alta energia, “la diagnostica sviluppata nell’ambito di DITA-IIF offre eccellenti prospettive per applicazioni in un’ampia varietà di acceleratori e fonti di luce. Fornisce una migliore risoluzione in un modo meno invasivo e segna una svolta per la piena caratterizzazione di un raggio di particelle caricate,” conclude il prof. Welsch.
Parole chiave
Raffigurazione del raggio, raffigurazione della radiazione coerente, acceleratori di particelle, DITA-IIF, fonti di luce