Realizzata con successo ai Laboratori Nazionali di Frascati la prima produzione di raggi X di alta qualità dalle collisioni tra il fascio di elettroni ad altissima brillanza dell’acceleratore Sparc e il laser ad alta intensità Flame del complesso SparcLab.
La qualità del fascio di raggi X, dotato di caratteristiche di monocromaticità e coerenza senza precedenti, consentirà lo sviluppo di un laboratorio multidisciplinare di altissimo livello, primo in Europa, capace di promuovere e sostenere esperimenti e applicazioni avanzate in diversi ambiti, dal settore medicale alla conservazione dei beni culturali e ambientali, dallo studio dei materiali in generale fino al possibile screening dei materiali per i controlli di sicurezza.
“Per la prima volta in Italia entra in funzione la seconda generazione di sorgenti Thomson/Compton”, spiega Cristina Vaccarezza, responsabile dell’esperimento Thomson a SparcLab, “capaci di produrre in un prossimo futuro, grazie all'altissima luminosità di collisione, fasci di raggi X monocromatici, di energia variabile tra 20mila e 500mila elettronvolt, ad alto flusso (alcune decine di miliardi di fotoni al secondo), polarizzati ed ultra-corti, di durata entro qualche centinaia di femto-secondi”
La sfida per raggiungere queste prestazioni, che costituiranno un record a livello internazionale, risiede nella difficoltà di focalizzare i due fasci collidenti su dimensioni simili a quelle dello spessore di un capello, cioè inferiori a un decimo di millimetro (100 micron). I pacchetti di elettroni prodotti da Sparc e gli impulsi laser prodotti da Flame collidono a una frequenza di ripetizione di 10 volte al secondo e richiedono una precisione di allineamento e un sincronismo elevatissimi (1 micron e 1 picosecondo, rispettivamente, di errore massimo), perché possa essere mantenuta nel tempo la sovrapposizione spazio-temporale dei due pacchetti nel punto di collisione. “Solo se la sovrapposizione tra i fasci è completa è possibile ottenere il massimo flusso di raggi X”, precisa Vaccarezza, “E’ un po’ come lanciare due capelli ad altissima velocità l'uno contro l'altro e garantire che la collisione avvenga esattamente testa a testa”.
“I primi test di collisione realizzati a SparcLab coronano uno sforzo notevole e pluriennale dei Laboratori di Frascati e della collaborazione nazionale che l'Infn ha finanziato per costruire e mettere in funzione la sorgente Thomson”, commenta di Massimo Ferrario, responsabile di SparcLab, “Sebbene ancora preliminari, la qualità e il flusso dei raggi X misurati fino a ora sono utili alla messa a punto della macchina in vista della completa ottimizzazione del suo funzionamento. Si conta di raggiungere gradualmente la luminosità ottimale per la collisione, tale da garantire un fascio X con caratteristiche prossime ai parametri di progetto entro la fine del 2014”.
Il primo esperimento con il fascio di raggi X monocromatico, che sarà condotto nel 2015, riguarderà un’applicazione imaging radiologico avanzato.
“Le proprietà innovative del fascio di raggi X prodotto, in particolare la sua monocromaticità e la possibilità di variarne l’energia sulla base di necessità specifiche, oltre alle dimensioni micro-metriche della sorgente di radiazione, garantiscono grandi potenzialità a queste sorgenti Thomson nel settore delle applicazioni bio-medicali”, spiega Mauro Gambaccini, reponsabile delle applicazioni biomediche di SparcLab, “In particolare, nella diagnostica mammografica e radiologica in generale con questa sorgente sarà possibile aumentare notevolmente la qualità (la risoluzione) delle immagini prodotte, garantendo al tempo stesso una riduzione del 30% della dose di radiazione assorbita dal paziente rispetto alle sorgenti attualmente utilizzate negli ospedali.”
Ufficio Comunicazione INFN
