INFN Milano L.A.S.A.

Eccellenza nelle Tecnologie per gli Acceleratori e la Superconduttività Applicata

Il Laboratorio Acceleratori e Superconduttività Applicata (LASA) dell’INFN è un centro d’eccellenza di livello internazionale in materia di tecnologie d’avanguardia per gli acceleratori di particelle con sede a Segrate, vicino Milano. Il LASA sviluppa tecnologie avanzate per la superconduttività, la criogenia e la produzione di campi elettromagnetici statici e a radiofrequenza ad alta intensità. Qui è stato realizzato il primo ciclotrone superconduttore europeo, e terzo al mondo, in funzione dal 1994 ai Laboratori Nazionali del Sud dell’INFN. La missione primaria del LASA consiste oggi nello sviluppo di sistemi superconduttori per l’accelerazione delle particelle, con le cavità a radiofrequenza (RF), e per la guida dei fasci, con i magneti. E’ ospitato in locali dell’Università di Milano e la ricerca è svolta in collaborazione con docenti universitari secondo la tradizione INFN.

Gruppo Magneti Superconduttori

Responsabili attività: Prof. Massimo Sorbi, Dott. Marco Statera

Strumentazione:

Facilities per test a medio e alto campo (fino a 15 T), con bore utile di dimensioni fino a 500 mm, a temperatura ambiente o criogenica.
Test station per misure di corrente critica in fili e cavi superconduttori, con campi magnetici esterni variabili.
Test station per il collaudo di magneti superconduttori in LHe (fino a lunghezze di 4 m), con strumentazione connessa (criostati, alimentatori di potenza, sistemi di diagnostica e protezione). In corso di preparazione test station per magneti a HTC a temperatura variabile.
Apparato per misure di qualità di campo in magneti per acceleratori.
Apparato per misure di conducibilità termica di materiali a temperature criogeniche.
Apparati per caratterizzazione meccanica dei materiali (prove in trazione, compressione e cicliche) a temperatura ambiente o criogeniche, fino a 200 kN.
Strumentazione per avvolgere, impregnare e trattare termicamente fili superconduttori.

Competenze:

Progettazione e test di magneti superconduttori
Realizzazione di prototipi e modelli di magneti superconduttori
Progettazione e realizzazione di test station (apparati criogenici, acquisizione dati e diagnostica, elettronica di potenza).

Progetti:

Sviluppo di magneti superconduttori multipolari per acceleratori di particelle, fino alla ingegnerizzazione e produzione in serie da parte dell’industria (programma HiLumi LHC)
Sviluppo di magneti superconduttori dipolari ad alto campo (12-14 T) per collider post-LHC (FCC)
Sviluppo di magneti superconduttori per applicazioni mediche (sincrotroni e gantry)

Giancarlo Maero e Massimiliano Rome', (universitari associati alla) Sezione di Milano.

Progetti:

Radio-Frequency quadrupole cooler per studi su cooling di fasci RIB
Dinamica e manipolazione di plasmi non neutri a bassa temperatura

Strumentazione (principali apparati scientifici):

Trappola di Penning-Malmberg con solenoide da 0.2 T (1.5 m lunghezza x 30 cm diametro)
Trappola di Penning-Malmberg con solenoide da 0.9 T (70 cm lunghezza x 10 cm diametro)
Apparato sorgente ioni Cs Kimball con diagnostica pepperpot;
Laser Continuum Surelite 1064 nm 960 mJ 10 Hz
Laser Continuum Minilite 355 nm 6mJ 15 Hz;

Competenze:

Plasmi (non-neutri) intrappolati in macchine di Penning-Malmberg
Dinamica dei fasci di elettroni e positroni di bassa energia
Sorgenti di elettroni / positroni

LASA – Cavità superconduttive e fotocatodi (materiali fotoemissivi):

Competenze:

Design, sviluppo, prototyping, test, trasferimento verso industria, controllo qualità, produzione industriale di cavità superconduttive in niobio massiccio.
Progettazione, design, realizzazione di criomoduli per cavità superconduttive.
Progettazione, design e realizzazione e test di sistemi di tuning per cavità superconduttive.
Progettazione, design, costruzione e test di ancillari per sistemi di cavità superconduttive.
Sviluppo di strumentazione accessoria per test cavità superconduttive.
Vuoto, ultravuoto, criogenia, RF, etc.
Trattamenti superfice di niobio: cleaning e rinsing, BCP (Buffered Chemical Polishing), EP (electro-polishing), trattamenti termici in vuoto, etc.
Sviluppo e deposizione di materiali fotoemissivi ad alta efficienza quantica, utilizzati per la generazione di elettroni in sorgenti ad alta brillanza.
Caratterizzazione in vuoto delle proprietà fotoemissive e ottiche di film sottili

Progetti principali nei quali siamo stati coinvolti negli ultimi anni:

European XFEL :400 cavità 1.3 GHz + criomoduli.
European XFEL: 20 cavità 3.9 GHz + relativi criomoduli e sistema di tuning. Tutti i test sono stati realizzati al LASA
European Spallation Source, ESS: 38 cavità in niobio massiccio, 6 celle, medio beta a 704 MHz.
PIP II: varie cavità monocella e 2 cavità multicella a 804 MHz.
FLASH e PITZ (DESY), APEX (LBNL), FAST (FNAL), LCLSII (SLAC): fornitura di fotocatodi e sistemi per la loro manipolazione in condizioni di Ultra Alto Vuoto (UHV)

Strumentazione disponibile:

Liquefattore elio manuale, produzione 40 l/h LHe, con stoccaggio di 4000 l LHe, sistema recupero gas, purificazione e analisi gas, stoccaggio gas ad alta pressione, etc.
Apparato dedicato sia a test cavità superconduttive e magneti superconduttori.
Sistema di misura per cavità superconduttive a frequenze tra 500 e 800 MHz (650 W),
3 GHz (300 W) e 3.9 GHz (200 W), completi di tutta la strumentazione accessoria per test in potenza (PLL, network analyzer, power meter, directional coupler, etc).
Sistema di tuning e misura Field Flattness per cavità a 700 / 800 MHz.
Sistema di tuning e misura Field Flattness per cavità a 3.9 GHz.
Bunker schermato per test cavità superconduttive, con sistema misura dosi e spettrometria radiazione X.
Criostato con schermaggio passivo del campo magnetico terrestre, 700 mm diametro, lunghezza 4 m, operante in elio superfluido.
Sistema da vuoto per sotto-raffreddamento elio superfluido per test cavità.
Cold insert con diagnostica per test criogenici per cavità a 700 / 800 MHz, 1.3 Ghz e 3.9 GHz con diagnostica specifica (second sound, fotodiodi, misura temperatura, fast termometry, etc)
Camera bianca ISO4, 9 m2, con servizi come pompaggio “slow pumping slow venting”, High pressure rinsing, acqua ultrapura, sistemi vuoto etc. per manipolazione e trattamento cavità superconduttive.
Sistemi accessori per test cavità superconduttive: impianto produzione acqua ultra pura “electronic grade” per lavaggi cavità, sistemi particle counter, camera bianca portatile, etc.
Sorgenti di luce coerenti CW (He-Ne and Ar+), pulsate (Nd:YAG e Nd:Glass) con generatori di armoniche fino alla 5a.
Sorgenti di luce non coerenti (Hg, LDLS, Deuterio, Xenon)
Misuratori di potenza ed energia, spettrometro (180 nm -2000 nm), monocromatore.
Sistemi dedicati di deposizione in condizioni di Ultra Alto Vuoto (UHV) di film sottili su substrati metallici
Spettrometro a tempo di volo per la misura, risolta in angolo, dello spettro energetico di elettroni a bassa energia (< 5 eV)
Microscopio digitale Keyence e microscopio ottico Leica

LASA - Acceleratori di particelle lineari di tipo “room temperature”

Dario Giove – Alberto Fazzi (PoliMi)

Progetti:

Sviluppo di un LINAC BOOSTER compatto a 3 GHz per protoni accoppiato ad un ciclotrone da 60 MeV (progetto LIBO – collaborazione INFN-CERN-Fondazione TERA)
Sviluppo di un LINAC BOOSTER compatto a 3 GHz per protoni accoppiato ad un ciclotrone da 30 MeV (progetto PALME – INFN e Università Milano e Napoli)
Sviluppo di un prototipo di cavità RF a onda viaggiante da usare come compressore per fasci di elettroni ad alta brillanza (progetto CORA – INFN)

Strumentazione:

Spectrum Analyzer Rhode Schwarz 9 KHz-40 GHz
Network Analyzer Rhode Schwarz 10 MHz-20 GHz
RF Generator Rhode Schwarz 9 KHz-3.3 GHz
Sistema di beed pulling per misura campo RF
Power Meter Anritsu MF2412B
Stazioni di termostatazione per cavità con stabilità 0.1 °C
Carico di potenza a 3GHz da 4 MW
Generatore RF a 2856 MHz in continua da 20 Watt

Competenze:

Progettazione di cavità in rame standing wave e travelling wave a 3 GHz e in banda X
Progettazione di sistemi di raffreddamento
Progettazione di sistemi di temporizzazione
Progettazione e conduzione di sistemi RF di potenza
Progettazione di sistemi diagnostici

LASA - Acceleratori di particelle lineari di tipo laser-driven per fasci di protoni

Dario Giove – Alberto Fazzi (PoliMi)

Progetti:

Estrazione del primo fascio di protoni accelerati da laser preso il lab. FLAME di Frascati
Generazione, estrazione e guida di fasci di protoni accelerati sino a 12 MeV presso il laboratorio ILIL del CNR di Pisa (progetto L3IA)
Studio delle problematiche relative alla diagnostica di particelle accelerate da laser (progetti LILIA ed ELIMED)

Strumentazione:

Banco Ottico e laser di puntamento
Oscilloscopio Tektronix da 40 Gs/sec e 3.5 GHz banda a 4 canali
Rivelatori scintillazione e stato solido
Sistema di spettroscopia multicanale
Cross correlatore 3° ordine Sequoia della Amplitude
Stazione a 3 assi computerizzati per movimentazione bersagli con risoluzione sub-micron
Rivelatori MCP di vario diametro
Sistemi di caratterizzazione a banco per rivelatori a stato solido
Sistemi di caratterizzazione rivelatori a stato solido con sorgenti a multi-energie

Competenze:

Studio e realizzazione di targhette e schemi di interazione laser-targhette specifici per la produzione di fasci di protoni e di particelle leggere
Simulazione, progettazione e realizzazione di sistemi magnetici dedicati al trasporto di fasci di protoni/ioni di energia fino a 30 MeV generati da interazione laser-target.
Sviluppo e realizzazione di rivelatori di varia natura per la caratterizzazione di fasci di protoni e ioni leggeri sino a 30 MeV

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Sezione di Milano
L.A.S.A.
Laboratorio Acceleratori e Superconduttività Applicata
Via Fratelli Cervi, 201 - 20090 Segrate (Milano) - Italy

Telefono +39.02.503.19500 - Fax +39.02.503.19543