A Segrate, alle porte di Milano, fa scuola da quasi trent’anni il LASA (Laboratorio Acceleratori e Superconduttività Applicata) dell’INFN, un centro d’eccellenza di livello internazionale in materia di tecnologie d’avanguardia per gli acceleratori di particelle.
Al LASA, da un'idea del Prof. Francesco Resmini (1938-1984), è stato realizzato il primo ciclotrone superconduttore europeo e terzo al mondo, che dal 1994 è impegnato ai Laboratori Nazionali del Sud dell’INFN in attività di ricerca e importanti applicazioni alla medicina.
Con lo sviluppo di tecnologie avanzate per la superconduttività, la criogenia e la produzione di campi elettromagnetici statici e a radiofrequenza ad alta intensità, il laboratorio ha favorito la crescita di competenze uniche, al servizio dello sviluppo di tecnologie innovative per i più grandi progetti internazionali di fisica delle particelle.
Come suggerisce il nome stesso il laboratorio LASA è dedicato allo studio ed allo sviluppo di schemi innovativi di accelerazione e di applicazioni della superconduttività avanzata sia agli acceleratori che ad altri settori della fisica.
Le attività svolte sin dai primi anni ’90 in differenti settori della fisica degli acceleratori e della criogenia applicata sia ai magneti che alle cavità RF, hanno consentito lo stabilirsi di competenze uniche, che l’INFN ha messo a supporto dei più grandi progetti internazionali di fisica delle particelle.
Vale la pena riassumere nel seguito, per sommi capi, alcuni dei progetti in cui il laboratorio è stato coinvolto a partire dagli ultimi anni e che meglio di ogni altra considerazione evidenziano le competenze presenti e le potenzialità del laboratorio stesso.
LHC (Large Hadron Collider) - Cern
Fondamentale è stato il contributo del LASA al successo di LHC. Le competenze e le tecnologie presenti hanno consentito di dare un apporto più che significativo ai primi prototipi dei dipoli superconduttori dell’acceleratore e del magnete toroidale dell’esperimento ATLAS, il più grande dei rivelatori di LHC. Il laboratorio ha inoltre fornito e certificato il 50% del cavo superconduttore e realizzato le bobine superconduttrici dell’esperimento. A seguire, con il progetto MAGIX (Magneti Innovativi per i futuri acceleratori), il LASA ha occupato una posizione di primo piano nello sviluppo delle tecnologie per il futuro di LHC. MAGIX prevede la progettazione, la costruzione e il collaudo criogenico di prototipi dei magneti superconduttori per le regioni di interazioni del progetto HL-LHC (High Luminosity – LHC) il futuro acceleratore a elevata luminosità che seguirà l’ultima fase di attività di LHC.
XFEL (European X Free Electron Laser) - Desy
Il LASA, grazie all’esperienza acquisita nell’ambito dello sviluppo della tecnologia TESLA, ha coordinato l’aspetto tecnico-scientifico della partecipazione italiana a XFEL, un’infrastruttura europea basata su una potente sorgente di raggi X, attiva dal 2017 a Desy (Amburgo), a disposizione dei ricercatori di tutto il mondo per la ricerca e le applicazioni multidisciplinari, in settori quali la fisica, la biologia, la medicina, la scienza dei materiali. Il LASA ha rivestito in questo progetto il ruolo di responsabile della realizzazione, con l’industria italiana, di metà delle 800 cavità superconduttive dell’acceleratore per elettroni, quasi la metà dei moduli criogenici che le contengono e il sistema di terza armonica per ottenere la corretta compressione di carica per aumentare la corrente del fascio.
ESS (European Spallation Source) - Lund
Il LASA è fortemente coinvolto nella progettazione e nello sviluppo delle cavità superconduttive per l’accelerazione di fasci di protoni per il progetto europeo ESS, la più potente sorgente di neutroni al mondo per la ricerca di base a applicata, in costruzione a Lund, in Svezia, che dovrebbe diventare operativa nel 2023.
HITRIplus
L'obiettivo di Heavy Ion Therapy Research Integration plus (HITRIplus, attivo dal 2021) è integrare e promuovere la ricerca biofisica e medica sul trattamento del cancro con fasci di ioni pesanti nonché di sviluppare congiuntamente strumenti sofisticati in tale ambito.
Per questa importante iniziativa, HITRIplus ha riunito un consorzio coinvolgendo tutte le parti interessate pertinenti e riunendo per la prima volta tutti e quattro i centri di terapia ionica europei con le principali industrie, università e laboratori di ricerca dell'UE.
iFAST
Il progetto Innovation Fostering in Accelerator Science and Technology (I-FAST, attivo dal 2021) è un progetto H2020 coordinato dal CERN. Si tratta di un nuovo strumento per la R&S sugli acceleratori di particelle in Europa. È unico per il coinvolgimento diretto del progetto con l'industria come partner di co-innovazione. Lo scopo è migliorare la sostenibilità dei futuri acceleratori attraverso un minor costo delle tecnologie, un minor consumo di energia e un impatto ambientale. Il progetto mira anche a sostenere la transizione delle tecnologie acceleratrici sviluppate nel suo quadro verso applicazioni industriali e mediche e uno status di scienza applicata in generale.
PIP II
Il gruppo del LASA, recentemente, è stato coinvolto nel progetto PIP-II in fase di realizzazione a Fermilab (USA). Il LASA ha assunto la responsabilità dello studio e produzione delle cavità a basso beta per il linac superconduttivo che accelererà protoni per la produzione del più intenso fascio di neutrini mai generato. In preparazione alla produzione di serie, al LASA si stanno sviluppando tecniche di trattamento innovative per le cavità di questo tipo.
Nel corso del 2020 è iniziata una attività di ricerca e sviluppo finalizzata alla stesura di un documento tecnico di proposta per il progetto BriXSino. BriXSino si pone un duplice obiettivo: fungere da dimostratore di MariX/BriXS e al tempo stesso avviare nell’INFN l’attività sugli Energy Recovery Linacs. Questi sono acceleratori capaci di generare, accelerare, manipolare e distribuire agli utenti fasci di elettroni di altissima brillanza e al contempo di altezza potenza media, lanciando una nuva generazione che risulterà strategica sia per la High Energy Frontier che per la High Intensity Frontier.
Il documento di BriXSino sarà pronto nel 2021 e nel frattempo saranno condotte campagne di sviluppo e misura connesse a fasci da fotocatodo ad altissimo repetition rate e alla realizzazione di un prototipo di cavità Fabry Perot.
Presso il LASA è attivo da molti anni un gruppo di ricerca che si dedica allo sviluppo di fotocatodi da utilizzare come sorgenti di elettroni stimolate da impulsi laser nelle sorgenti ad alta brillanza. I fotocatodi cresciuti al LASA sono utilizzati negli iniettori di FLASH, E-XFEL, APEX e LCLS-II (commissioning) con ottime performance e durate. Il LASA ha sviluppato anche i sistemi di produzione, trasporto e trasferimento dei fotocatodi nei cannoni che permettono di mantenere le proprietà dei catodi e lo scambio degli stessi tra i diversi laboratori.
APPLICAZIONI IN CAMPO MEDICO
Il laboratorio LASA ha una lunga tradizione nello sviluppo delle proprie competenze e capacità verso applicazioni in ambito medico. Questo si è concretizzato negli anni con una copiosa attività nell’ambito dello studio e sviluppo di radionuclidi ad alta attività specifica per impieghi in Medicina Nucleare quali la radiodiagnostica e la radioterapia metabolica.
Lo studio di schemi innovativi di accelerazione per applicazioni in adroterapia ha visto il LASA in primo piano sia nel progetto CNAO che nello sviluppo di prototipi di Linac Booster a 3 GHz normal conduttivi per ciclotroni e di acceleratori basati su emissione di protoni indotta da laser.
Il LASA è attivo nel campo della divulgazione sul tema della radioattività ambientale attraverso l’installazione presso le scuole di un laboratorio per misure di radioattività, all’interno di progetti finanziati dal MIUR (Ministero dell’Università e della Ricerca) mediante il PLS (Progetto Lauree Scientifiche) e dall’INFN.
