Istituto Nazionale di Fisica Nucleare | INFN Acceleratori

Laboratori Nazionali di Legnaro

 

Introduzione alle macchine acceleratrici dei LNL

Progetti:

Il secondo acceleratore installato a Legnaro è del tipo elettrostatico come il CN ma ha una tensione di terminale di 2 MV. E’ quindi più piccolo: l'unica stanza sperimentale ospita l' acceleratore (che ingloba la sorgente), i canali di fascio e tutti i punti misura.

Verso metà degli anni ottanta i LNL hanno fatto un primo salto di prestazioni, in termini di energia degli ioni accelerati, con l’acquisizione di un terzo acceleratore elettrostatico, del tipo Tandem-XTU, dalla ditta High Voltage Engineering (con sede negli Stati Uniti). Il Tandem, molto più grande degli acceleratori CN-7 MV e AN2000, è basato su un principio di funzionamento che ne differisce leggermente. Il terminale di alta tensione (che nel caso dei LNL supera i 14,5 MV di tensione elettrostatica massima) è posizionato al centro e sull’asse di una tank orizzontale, a sua volta riempita di gas di isolamento (SF6  esafluoruro di zolfo) ad una pressione di 7 atm.

Ai LNL l’acceleratore lineare ALPI (acronimo di “Acceleratore Lineare Per Ioni”) (Fig.10, a sinistra) è collocato in un capannone adiacente a quello del tandem XTU, e ne riceve il fascio tramite una linea di trasporto di dipoli e lenti quadrupolari magnetiche e di bunchers. E’ stato progettato interamente dai tecnologi e ricercatori dei LNL ed è entrato in funzione nella prima metà degli anni ’90.

Il linac PIAVE è denominato iniettore poiché, diversamente dal Tandem, può operare soltanto congiuntamente con ALPI, che ne riceve il fascio. E’ collocato nello stesso edificio di ALPI, attiguo alle linee di trasporto del fascio, da e verso le sale sperimentali più prossime al Tandem. Anch’esso, come ALPI, è basato su cavità acceleranti superconduttive ed stato progettato interamente dai LNL . E’ operativo dal 2004.

SPES-α foresees the acquisition, installation and commissioning of a high performance cyclotron with high output current (~0.7 mA) and high energy (up to 70 MeV), together with the related infrastructure for the accelerator and experimental stations

 

Gruppo trattamenti delle superfici (G. Keppel)

Progetti:

  • Sviluppo di cavità innovative a film sottile e spesso di Nb su substrato di Cu sia su cavità ellittiche a 6 GHz ed a 1.3 GHz
  • Studio effetto flusso intrappolato in cavità 6 GHz
  • Coating di cavità QWR per upgrade ALPI a LNL
  • Sviluppo di tecnologie per la produzione cavità acceleratrici ellittiche seamless a differenti frequenze come 600 ed 800 MHz, 1.3, 1.5 e 6 GHz e QWR

Strumentazione:

  • Sistemi di deposizione PVD e PE-CVD di componenti per acceleratori (diode sputtering e magnetron sputtering)
  • Facility per lucidature chimiche ed elettrochimiche di componenti per acceleratori
  • Facility per la misura di cavità risonanti QWR ed ellittiche fino a 6 GHz, da 4.2 K fino a 1.8 K.

Competenze:

  • Coating film sottili e spessi via PVD e PE-CVD di svariati materiali superconduttori e non
  • Caratterizzazione tramite XRD, SEM e proprietà superconduttive di campioni
  • Trattamenti superficiali chimici e fisici
  • Misure SRF
  • Spinning a partire da lastre o tubi

 

Gruppo che cura ESS-DTL e IFMIF-RFQ

 Progetti:

  • Sviluppo di RFQ ad alta potenza (625 kW) e alta corrente (125 mA) per il progetto IFMIF-EVEDA
  • Sviluppo di RFQ a media potenza (200 kW) e media corrente (40 mA) per il progetto MUNES
  • Sviluppo degli accoppiatori di potenza per il progetto IFMIF-EVEDA (200 kW CW)
  • Sviluppo degli accoppiatori di potenza per il progetto MUNES (125 kW CW)
  • Sviluppo del sistema di raffreddamento e accordo in frequenza per la cavità RFQ del progetto IFMIF-EVEDA
  • Sviluppo del sistema di raffreddamento e accordo in frequenza per la cavità RFQ del progetto MUNES
  • Sviluppo del sistema di controllo locale della cavità RFQ del progetto IFMIF-EVEDA
  • Sviluppo del DTL del progetto ESS (90 MeV – 62.5 mA – 4% duty cycle)
  • Sviluppo del sistema di controllo locale del DTL del progetto ESS
  • Sviluppo del moderatore termico acqua pesante-grafite per il progetto MUNES
  • Sviluppo del prototipo di bersaglio Berillio-Vanadio per il progetto MUNES
  • Rinnovamento del sistema di controllo locale della sorgente TRIPS ed estensione dello stesso per il progetto MUNES
  • Sviluppo del sistema di controllo per il trasporto del fascio nelle linee di accelerazione ALPI-PIAVE per il progetto SPES
  • Design e primo sviluppo dell’architettura di controllo per il progetto SPES
  • Sviluppo di magneti per linee di trasporto a bassa energia per il progetto MUNES
  • Studio di sistemi magnetici normal-conduttivi ad alto potere risolvente
  • Sviluppo di linee di trasporto e manipolazione per ioni di alta intensità
  • Sviluppo di misuratori di emittanza veloci
  • Sviluppo di sorgenti di ioni ad alta intensità (negativi e positivi)
  • Sviluppo di rivelatori di Taylor-Langmuir
  • Modellistica computazionale multifisica
  • Studi di modelli teorici per sorgenti ed acceleratori sopra menzionati, anche con programmi di manipolazione simbolica e/o calcoli innovativi
  • Sviluppo di rivelatori non intercettivi di profilo di fascio a gas residuo
  • Sviluppo di rivelatori per misura della larghezza temporale del bunch
  • Studio di modelli ed algoritmi per l’analisi e l’accordatura di RFQ four-vane

 Strumentazione:

  • Test stand 125 kW 352 MHz potenza RF pulsata o continua
  • Test stand 200 kW 175 MHz potenza RF pulsate o continua
  • Iniettore con fascio di protoni 50 mA 80 KeV
  • Facility irraggiamento con neutroni termici (componente termica 92.5%) e flussi a contatto fino a 10^6 n/(s-cm^2)
  • Vector Network Analyzer dalle seguenti caratteristiche fondamentali: banda 30 kHz-8 GHz, basso rumore di fase.
  • Banco per il controllo dimensionale di componenti meccanici di precisione con le seguenti strumentazioni:
  • Macchina a controllo di coordinate Johansson Topaz 7 con testa Renishaw PH10MQ passiva.
  • Braccio di misura portatile con tastatore e sensori ottici: ROMER 8730 con RS6
  • Sistema Laser Tracker FARO ION2 per la fiducializzazione e l’allineamento di componenti di acceleratori.
  • Server HPC, 80 core fisici, per parallel-computing ad alte prestazioni di sistemi interagenti complessi (dinamica di plasmi nelle linee magnetostatiche a bassa energia ed alta intensità tramite il software WARP)
  • Bobine di Helmholtz per misure di magnetizzazione
  • Adixen asm He leak detector
  • Sistema di misura dei campi elettrici e/o magnetiche in cavità acceleranti mediante la tecnica del bead-pulling

 Competenze:

  • Amplificatori RF di potenza nelle bande VHF e UHF basati su tecnologia valvolare
  • Amplificatori RF di potenza nelle bande VHF e UHF basati su tecnologia a stato solido
  • Componentistica per applicazioni RF di potenza nelle bande VHF e UHF
  • Dinamica dei fasci di ioni in acceleratori lineari
  • Dinamica dei fasci di protoni e deutoni ad alta perveanza in acceleratori lineari
  • Sorgenti e linee di bassa energia di protoni/deutoni
  • Trasporto fasci
  • Allineamento mediante laser tracker
  • Quadrupoli a radiofrequenza
  • Drift Tube Linac
  • Magneti permanenti
  • Correttori dipolari
  • Beam position monitor
  • Definizione dei cicli di produzione di componenti meccanici (definizione del materiale, cicli termici, lavorazioni in macchine utensili)
  • Caratterizzazione e tuning cavità a radiofrequenza
  • Simulazioni 2D e 3D di cavità acceleranti e di componenti RF associati
  • Controlli basati su soluzioni industriali (PLC) e controlli basati su soluzioni EPICS
  • Amministrazione di architetture di rete
  • Progettazione meccanica di componenti per acceleratori normal-conduttivi. Utilizzo di software ANSYS, NX, PC-DMIS, Calypso per rispettivamente progettazione termo-strutturale, messa in tavola, e controllo metrologico secondo normativa ISO /ASME Y14.5. Caratterizzazione metrologica di componenti per acceleratori. Simulazione di cicli termici di brasatura in vuoto e saldature Electron Beam Welding.
  • Test di tenuta da vuoto con elio su componenti soggetti ad alto vuoto
  • Brasatura in ultra-alto vuoto.
  • Diagnostica di profilo trasverso di fascio intercettiva e non.
  • Diagnostica di profilo temporale di fascio.

 

INFN-LNL Gruppo Criogenia

 

Progetti :

  • Revamping sistema controllo LIQUEFATTORE LINDE TCF20 secondo standard UNICOS-CERN (progettazione main cabinet, software PLC e supervisione)
  • Revamping sistema controllo CRIOSTATI LINAC secondo standard UNICOS-CERN (progettazione main cabinet, software PLC e supervisione)
  • Revamping sistema controllo REFRIGERATORE ALPI secondo standard UNICOS-CERN (progettazione main cabinet, software PLC e supervisione)
  • Installazione III TURBINA refrigeratore criogenico ALPI (supporto ditta, problem solving, collaudo)
  • Nuovo sistema di cooldown III turbina refrigeratore ALPI (riscrittura software e modifiche circuito)
  • Riparazione e riprogettazione Cold Box ausiliaria per ALPI (risolti problemi leak termici dewar azoto liquido verso esterno, rifatto sistema di controllo e sostituito vecchio cabinet)
  • Riprogettazione componenti criostato SRFQ (linea elio liquido, sensoristica, linea scarico valvole di sicurezza)
  • Progetto nuove torri a carboni attivi per gruppi di compressione A e B
  • Riposizionamento n° 2 criostati per cavità risonanti QWR da PIAVE ad ALPI-LINAC
  • Revamping sistema controllo REFRIGERATORE PIAVE secondo standard UNICOS-CERN (progettazione main cabinet in ultimazione, realizzazione software PLC e supervisione a breve)
  • Realizzazione nuovo sistema di controllo impianto di RECUPERO ELIO e monitoraggio impurità (progettazione main cabinet in ultimazione, realizzazione software PLC e supervisione in ultimazione)
  • Strumentazione
  • Refrigeratore criogenico elio ALPI (1200W@4,5K – 3900W@ 60-75K, 150g/s@16bara)
  • Refrigeratore criogenico elio PIAVE (Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., 525W@40-100K, 63g/s@13bara)
  • Liquefattore Linde TCF20, 20 litri/ora (40 l/h con precooling LN2)
  • Impianto di recupero elio gas in alta pressione (3 Compressori alternativi portata 200Nm3/h, pressione di mandata fino 200bar, stoccaggio elio 32m3@200Bar)
  • Impianto di essicazione elio gas (3 dryers automatici, 3x60Nm3/h 70°C dew point)
  • Unità di compressione elio per refrigeratore criogenico ALPI (4 compressori a vite, portata 95g/s, 65g/s, 2x55g/s @16bara)
  • Unità di compressione elio per refrigeratore criogenico PIAVE (compressori a vite 63g/s@13bara)
  • Cold Box ausiliaria per il raffreddamento degli schermi dei criomoduli LINAC in caso di guasto della cold box principale
  • 1 criostato per cavità risonanti SRFQ (2 quadrupoli superconduttivi in Nb bulk)
  • 22 criostati per cavità risonanti QWR (cavità a quarto d’onda)
  • Linea automatizzata di distribuzione azoto liquido per i criostati di basso beta
  • Laboratorio per manutenzione criostati per cavità QWR
  • Strumentazione ricerca perdite: leak detector
  • Strumentazione ricerca perdite: sniffer elio
  • Gruppi alto vuoto per linee criogeniche
  • Gruppi alto vuoto per cold box refrigeratori (gruppi con pompa primaria a diffusione)
  • Sistema di recupero elio semiautomatizzato
  • Server per supervisione impianti criogenici

 

Competenze:

  • Operazione con il refrigeratore criogenico Air Liquide (ALPI)
  • Operazione con il refrigeratore criogenico e Linde (TCF50)
  • Operazione con il liquefattore Linde TCF20
  • Operazione su criomoduli acceleratore LINAC
  • Operazione con purificatore criogenico automatizzato ad azoto liquido per gas elio
  • Operazione con la Cold Box ausiliaria ALPI
  • Riempimento dewar elio liquido (250l-500l-1000l-3500l)
  • Ricerca perdite linee vuoto (con leak detector) e linee in pressione con sniffer elio
  • Disegno e progetto preliminare quadri di automazione progetti di revamping sistemi di controllo Standard UNICOS - CERN
  • Realizzazione e progettazione sistemi automatizzati (PLC e SCADA)
  • Manutenzione refrigeratori criogenici e liquefattore (sostituzione turbine criogeniche, sostituzione cartucce filtri, sostituzione sensoristica, regolazione posizionatori valvole di regolazione, manutenzione strumentazione elettronica)
  • Manutenzione unità di compressione (sostituzione cartucce disoleatori, sostituzione motore elettrico, sostituzione carboni attivi, sostituzione olio compressori di ciclo, lavaggi, manutenzione sensoristica e valvole di regolazione, manutenzione circuito pneumatico e oleodinamico)
  • Manutenzione criostati per cavità QWR e SRFQ
  • Manutenzione essiccatori elio (dryers) per rimuovere l’umidità dall’elio
  • Manutenzione quadri elettrici (di automazione)
  • Manutenzione valvole criogeniche
  • Programmazione PLC Schneider (software Unity)
  • Programmazione SCADA WinCC_OA
  • Utilizzo base Laser Traker
  • Riparazione strumentazione elettronica (monitor temperatura, pannelli operatore, monitor livello elio liquido, posizionatori valvole di regolazione ecc.)
  • Riparazione componenti vari (attuatori, elettrovalvole, revisione regolatori di pressione, valvole, realizzazione tubazioni raccordate, ecc)

 

LNL – Gruppo Ciclotrone

 

Progetti:

  • Sviluppo e prototipazione di un acceleratore elettrostatico con alimentazione ottica
  • Sviluppo di sistemi di intrappolamento e raffreddamento di fasci ionici per mezzo di gas tampone
  • Sviluppo e progettazione di sistemi di bunching RF per ottimizzazione iniezione di ciclotroni
  • Sviluppo di sistemi di impulsamento di fasci di particelle con tecnologia a stato solido
  • Sviluppo linee di trasporto di fascio di alta potenza
  • Studio e progettazione preliminare Ciclotroni compatti superconduttivi tipo ‘’ironless’’ per produzione di fasci di alta potenza
  • Studio e progettazione preliminare di Ciclotroni resistivi per fasci di alta potenza
  • Studio di sistemi ADS (Accelerator Driven System) per reattori sottocritici
  • Strumentazione
  • Sistema di dummy load RF per test amplificatori di potenza (fino a 80 kW)
  • Competenze
  • Dinamica dei fasci per Ciclotroni ad alta potenza
  • Ottica e trasporto di fasci
  • Dinamica fasci ionici a bassa energia e tecniche di raffreddamento per mezzo di modelli collisionali
  • Operazioni di ciclotroni e linee di trasporto con fasci di protoni di alta potenza
  • Modellazione e progettazione sistemi elettromagnetici nell’ambito degli acceleratori (magneti, cavità RF,…) con codici FEM e multiphysics
  • Modellazione e progettazione dispositivi basati su magneti permanenti (Wien Filter, Energy Selector System)
  • Progettazione meccanica
  • Tecniche di vuoto e ultra-alto vuoto
  • Tecniche laser ad alta precisione
  • Amplificatori RF di potenza

 

LNL – Gruppo Controlli e RF

Competenze:

  • Sviluppo di circuiti elettronici digitali e analogici
  • Test e debug di circuiti elettronici digitali e analogici (inclusi interventi manuali su PCB SMD)
  • Utilizzo avanzato di strumentazione da laboratorio (tra i principali: Oscilloscopi Digitali, Alimentatori, Multimetri, VNA, Generatori di Segnali, Generatori di Funzioni, Contatori Frequenzimetri, Bolometri ) inclusa la programmazione e automazione delle misure via protocollo standard LXI.
  • Sviluppo di sistemi basati su dispositivi logici programmabili (FPGA CPLD) e sistemi embedded e relativi strumenti di sviluppo (Programmazione VHDL)
  • Sistemi di controllo automatici.
  • Tecnologia RF di potenza e relativi sistemi di controllo.
  • Misure e caratterizzazione di cavità risonanti a radiofrequenza normal conduttive e superconduttive.
  • Sviluppo di driver e moduli del Kernel Linux
  • Programmazione a basso e ad alto livello con diversi linguaggi di programmazione (C, C++, Java, Javascript, PHP, Python)
  • Gestione e configurazione a livello di sistema di calcolatori basati su sistemi Linux e Windows
  • Gestione e configurazione di infrastrutture di reti Ethernet e relativi servizi (tra i principali: DHCP, DNS, Firewall, NFS, SAMBA, NTP, VLAN, WiFi, ZFS, LVM, replicazione e backup automatici di dati/database)
  • Gestione e configurazione di sistemi di virtualizzazione e paravirtualizzazione basati su Proxmox, QEMU/kvm e Docker.
  • Sviluppo configurazione e gestione di sistemi basati su modelli standard di IA e computer vision (classificatori, riconoscimento oggetti, reidentificazione oggetti)
  • Sviluppo configurazione e gestione di sistemi di controllo basati su framework EPICS
  • Sviluppo configurazione e gestione di interfacce grafiche per i sistemi di controllo EPICS
  • Sviluppo configurazione e gestione di sistemi di controllo basati su PLC Schneider e SIEMENS e relativi SCADA.
  • Realizzazione di sistemi di acquisizione dati nell’ambito della fisica sperimentale e della diagnostica dei fasci accelerati di particelle.
  • progettazione e gestione lenti magnetiche per acceleratori e gestione dei relativi alimentatori
  • impiantistica elettrica/idraulica bordo macchina acceleratori
  • Implementazione di sistemi controllo accessi per acceleratori.
  • progettazione e sviluppo forni ad induzione per ECR.
  • Dimensionamento macchine elettriche.
  • Configurazione controllori di sicurezza PILZ.
  • Progettazione CAD meccanica ed elettrica.
  • Progettazione elettrica di reti BT e di segnale.
  • Assemblaggio e cablatura sistemi di automazione.
  • Progettazione pneumatica.
  • Gestione magazzino e inventario.

 

LNL – Gruppo ISOL

Progetti:

  • Sviluppo di sorgenti a ionizzazione superficiale per il sistema ISOL per il progetto SPES ed initettore ADIGE
  • Sviluppo di sorgenti a ionizzazione plasma per il sistema ISOL per il progetto SPES ed iniettore ADIGE
  • Sviluppo di sorgenti a ionizzazione laser per il sistema ISOL per il progetto SPES
  • Sviluppo di target ad alta potenza (12 kW) in UCx per il progetto SPES
  • Sviluppo di sistemi di movimentazione automatica (AGV) per target/sorgenti attivate del progetto SPES
  • Modellistica computazionale FEM per calcoli termostrutturali di target di alta potenza
  • Sviluppo di sorgenti innovative ceramiche ad alta temperatura con stampa 3D
  • Sviluppo di sorgenti innovative di materiali compositi ad alta temperatura con stampa 3D
  • Sviluppo di beam dump 50 kW per fascio protoni ciclotrone SPES
  • Sviluppo di uno spettrometro di massa a tempo di volo

 Strumentazione:

  • Front end per prove di ionizzazione, estrazione a 40 kV e trasporto di fascio per il progetto SPES
  • Wien filter per prove di selezione in massa del fascio di ioni per il progetto SPES
  • Emittance meter per misure di emittanza trasversale di fascio
  • Energy spread meter per misure di emittanza longitudinale di fascio
  • Forno di caratterizzazione termica per misure di emissività di materiali vari
  • Forno di carburizzazione per dischetti target stadard SPES e R&D
  • Laboratorio di chimica per fabbricazione dischi target in materiale vario (esempio Carburo di Lantanio)
  • Sistemi laser sintonizzabili DYE a basso rep rate (10 Hz) per prove di fotoionizzazione laser risonante
  • offline
  • Sistemi laser sintonizzabili a stato solido (TiSa) ad alto rep rate (10 kHz) per fotoionizzazione laser risonante online per il progetto SPES
  • Laboratorio UCx per studio e fabbricazione dischi in carburo di Uranio
  • Spettrometro di massa a tempo di volo

 Competenze:

  • Progettazione meccanica
  • Progettazione termomeccanica
  • Progettazione multiphysics
  • Progettazione sistemi da vuoto
  • Disegno cad 2D / 3D
  • Sistemi di fotoionizzazione laser risonante
  • Sistemi di ablazione laser
  • Dinamica di fasci a bassa energia
  • Elementi elettrostatici di trasporto di fascio
  • Elementi magnetici di trasporto fascio/selezione di massa
  • Progettazione sistemi elettronici
  • Sviluppo meccanico di strumenti di diagnostica (faraday cup e beam profiler) per fascio di protoni ad alte energie (40 MeV)
  • Progettazione e programmazione sistemi di controllo PLC
  • Simulazione trasporto di fascio mediante SIMION®
  • Simulazione trasporto di fascio mediante TRACEWIN®
  • Simulazione del trasporto ed iterazione con la materia di particelle elementari e nuclei per studi di deposizione di potenza, produzione ed attivazione mediante FLUKA® e SRIM®

 

 

 

 

 

 

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