Tunnel di laser a raggi X più potente al mondo presentato ad Amburgo

La Germania nelle scorse ore ha lanciato il più potente laser a raggi X al mondo e pare che lo stesso sia stato messo in funzione proprio ad Amburgo. Si tratta di una strumentazione sofisticata la quale sarà utilizzata per creare condizioni estreme come quelle che si hanno nella profondità del sole e per registrare i progetti a livello molecolare con benefici per numerosi settori scientifici.

Si tratta del laser a raggi X più potente del mondo e si chiama x-ray free-electron laser ed è destinata a contribuire alla scienza grazie delle caratteristiche piuttosto avanzate, mai implementate fino ad oggi in altri simili strumentazioni. Al mondo esistono delle macchine con caratteristiche simili ma non uguali e questi sarebbero ubicati in paesi quali Giappone e Stati Uniti, ma la strumentazione di Amburgo è sicuramente la più potente visto che è stato dichiarato che è in grado di inviare 27000 impulsi al secondo contro i 100 delle due macchine esistenti.

Andando più nello specifico o meglio del tecnico, possiamo dire che x-ray free-electron laser è dotato di un acceleratore lineare superconduttore ubicato all’interno di un tunnel e lungo un miglio, con temperatura di 2 gradi sopra lo zero assoluto; questa macchina viene utilizzata come una fotocamera in grado di scattare immagini di atomi in pochissimi millesimi di miliardesimi di secondo e il suo fascio è 100 volte più intenso di tutta la luce del sole che colpisce la Terra convogliata in un ipotetico singolo raggio.

Dunque, il laser produce delle onde di luce molto lunghe che cadono sulla scala temporale delle molecole, in questo modo lo strumento produce dei fasci di radiazione che permettono di fotografare le strutture atomiche e molecolari. In altre parole questo potente laser a raggi X o meglio il più potente al mondo può essere considerato come un gigantesco microscopio, grazie al quale sarà possibile osservare e registrare nonché studiare i processi a livello molecolare.

Il costo complessivo del progetto è particolarmente ingente, visto che si parla di 1,5 miliardi di euro di cui metà dei fondi e dunque 756 milioni di euro sono stati investiti direttamente dalla Germania, ma al progetto hanno anche contribuito altri paesi tra i quali la Russia con il 27% dei fondi, e poi ancora in Italia, Danimarca, Francia, Gran Bretagna, Polonia, Russia, Svezia, Svizzera, Slovacchia, Spagna e Ungheria. Al momento sono attivi solo due team nello specifico uno pare si occupa del progetto IFX e l’altro del cosiddetto SPB instrument; il primo si occupa quel procedimento di studio appena raccontato, mentre il secondo si occupa prevalentemente di biologia, soprattutto quella farmaceutica.“Saremo in grado di trovare nuove fonti di energia, ad esempio, con il fotovoltaico. L’industria chimica può ottenere benefici anche per i prodotti farmaceutici“, è questo quanto dichiarato dal professor Robert Feidenhans, amministratore delegato del progetto European XFEL.

Come funziona. “All’inizio del tunnel, spariamo su una lastra di metallo un laser talmente potente da far uscire elettroni dal metallo – spiega Vannoni. – Poi gli elettroni vengono raccolti e spediti dentro un lungo cannone che li accelera costantemente, fino a che non arrivano molto vicino alla velocità della luce. Finito il cannone, gli elettroni continuano il loro percorso dentro il tubo a vuoto e passano in mezzo a una serie di piccoli magneti che li fanno oscillare. Oscillando, mentre continuano a procedere in linea retta, gli elettroni generano i raggi X”. Che possiamo considerare come onda (raggi X) o come particella (i fotoni).  “Il tunnel è talmente lungo che per un certo tratto gli elettroni procedono affiancati dai fotoni generati dagli elettroni che li hanno preceduti. Questa vicinanza fa sì che entrino in risonanza e che si generi un fascio di luce molto pura e molto intensa, che poi è quella che colpirà – con i rapidissimi flash – l’oggetto da studiare”, spiega Maurizio Vannoni – .L’oggetto, ad esempio la molecola durante una reazione, verrà distrutto dal fascio così intenso. Ma ripetendo una stessa reazione molte volte e “fotografandola” ogni volta in un momento diverso, riusciremo a ricostruirne il “film molecolare” che ci racconterà i suoi segreti”.

 

Radiazione

Energia emessa da una sorgente che si propaga nello spazio:
a) sotto forma di onde elettromagnetiche continue
b) in pacchetti discreti di energia chiamati fotoni
Esempi di radiazione:
Luce visibile, onde radio, microonde, calore, raggi X
Tutti i tipi di radiazione vanno a costituire, nel loro insieme il cosiddetto spettro elettromagnetico, del quale la luce visibile costituisce una piccola porzione

Le radiazioni si classificano in:

Ionizzanti: quando le onde elettromagnetiche (o i fotoni) possiedono energia sufficiente a produrre ioni nella materia (raggi X, raggi gamma)
Non Ionizzanti: radiazioni che non possiedono energia sufficiente a rimuovere elettroni fortemente legati al nucleo dalle loro orbite (microonde, luce visibile)
L’unità di misura che si impiega per descrivere l’energia di una radiazione è l’elettronVolt (eV)
1 eV rappresenta l’ammontare di energia guadagnata da un elettrone che attraversa una differenza di potenziale pari a 1 Volt 1eV = 1,602 10″19 J

I raggi a sono una forma di radiazione corpuscolare altamente ionizzante (cioè capace di strappare elettroni agli atomi) e con un basso potere di penetrazione. Sono tipicamente emessi dai nuclei radioattivi degli elementi pesanti, per esempio dagli isotopi dell’uranio, del torio, del radio.
I raggi alfa, a causa della loro carica elettrica, interagiscono fortemente con la materia e quindi possono viaggiare solo per pochi centimetri nell’aria. Le particelle alfa (anche se molto ionizzanti) non possono superare strati di materia superiori a un foglio di carta. Possono essere assorbite dagli strati più esterni della pelle umana e così generalmente non sono pericolose per la vita a meno che la sorgente che le emette non venga inalata o ingerita. In questo caso i danni sarebbero invece maggiori di quelli causati da qualunque altro tipo di radiazione ionizzante, e se il dosaggio fosse abbastanza elevato comparirebbero tutti i sintomi tipici dell’avvelenamento da radiazione.

I raggi p sono una forma di radiazione ionizzante emessa da alcuni tipi di nuclei radioattivi come il cobalto-60. Questo tipo di radiazione assume la forma di elettroni o positroni ad alta energia, espulsi da un nucleo atomico. L’interazione delle particelle beta con la materia ha generalmente un raggio d’azione dieci volte superiore, e un potere ionizzante pari a un decimo rispetto all’interazione delle particelle alfa. Vengono bloccate completamente da pochi millimetri di alluminio.

Scoperti casualmente durante esperimenti su tubi catodici. La loro produzione è legata all’utilizzo di un dispositivo alimentato (tubo di Coolidge o similari) che sia in grado di accelerare elettroni contro un bersaglio.

I raggi gamma sono una forma di radiazione elettromagnetica prodotta dalla radioattività o da altri processi nucleari o subatomici. Uno schermo per raggi gamma richiede una massa notevole. Per ridurre del 50% l’intensità di un raggio gamma occorrono 1 cm di piombo, 6 cm di cemento o 9 cm di materiale pressato. Nonostante i raggi gamma siano meno ionizzanti degli alfa e beta, occorrono schermi più spessi per la protezione degli esseri umani.

Proprietà dei Raggi X e Y

• possono penetrare nella materia;
• sono assorbiti in maniera differenziale;
• si propagano in linea retta;
• producono degli effetti fotochimici sulle emulsioni fotografiche;
• ionizzano il gas attraversato;
• non sono deviati da campi elettrici e magnetici;
• la loro velocità di propagazione è uguale a quella della luce;
• possono liberare elettroni per effetto fotoelettrico;
• provocano la fluorescenza di alcune sostanze

Produzione dei raggi X

Le radiazioni X si producono ogniqualvolta una sostanza è bombardata da elettroni ad alta velocità
In pratica i raggi X si ottengono da processi di conversione dell’energia quando
1. Elettroni ad alta velocità sono bruscamente decelerati quando passano interagiscono con “atomi bersaglio” (Bremsstrahlung, Radiazione di frenamento)

2. Elettroni incidenti espellono elettroni delle orbite interne di atomi bersaglio (Radiazione caratteristica).

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.