Presentazione di PowerPoint

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Laboratorio Elettra
2
CONCETTI FONDAMENTALI
PRESENTAZIONE LABORATORIO ELETTRA
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ATOMO
FORZE
CAMPI
INTERAZIONI TRA MASSE
PRINCIPI DELLA DINAMICA
I MOTI
ESPERIMENTO
INDIETRO
4
Atomi
Latomo è la più piccola parte di un elemento
Entrambi presenti nel nucleo

• Protoni (positivi)
• Neutroni (neutri)

Elettroni (negativi)
disposti intorno al nucleo secondo livelli
energetici
Le particelle principalmente utilizzate negli
acceleratori sono gli elettroni e i positroni
(anti-elettroni)
AVANTI
5
Atomo ed assorbimento/ emissione energia
Per trasportare un elettrone da un guscio ad un
altro, bisogna dargli una quantità di energia.
Dopo lelettrone tenderà a ritornare nella sua
posizione iniziale. ? Quando tornerà cederà
energia.
Questa energia è unenergia luminosa (radiazione)
Dove h è una costante (detta di Plank) e n è la
frequenza
E h n
ANIMAZIONE
APPROFONDIMENTO SULLA FREQUENZA
INDIETRO
6
INDIETRO
7
Frequenza e lunghezza d'onda
Ogni radiazione ha una frequenza e una lunghezza
donda particolari
La frequenza come grandezza fisica corrisponde
allinverso del tempo
n 1/T
Periodo tempo che il pendolo (o un fenomeno che
si ripete con le stesse caratteristiche) impiega
a compiere unoscillazione (o a ripetere le
stesse caratteristiche).
Se impiega 2 sec la frequenza è ½ sec-1 ? mezza
oscillazione a sec.
LA FREQUENZA INDICA QUANTI EVENTI
COMPIUTI AVVENGONO (SI RIPETONO) IN
UNUNITA DI TEMPO
INDIETRO
ANIMAZIONE
8
START
INDIETRO
9
Forze
GUT
Forza elettrodebole
Teoria del tutto
GeV
102
1015
1019
INDIETRO
10
APPROFONDIMENTO SUI CAMPI
CAMPI MAGNETICI
CAMPI ELETTRICI

• elettrici accelerano le particelle cambiando il
  modulo
• magnetici accelerano le particelle cambiando la
  loro direzione.

INDIETRO
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IL CAMPO
Il campo è la perturbazione di uno spazio
circostante una carica/massa. La perturbazione è
un disturbo che si propaga (influsso che si
diffonde nello spazio circostante la sorgente.

• Il campo è un tramite della forza che cè tra due
  oggetti
• La velocità di propagazione del campo è quella
  della luce.

Campo è quella grandezza fisica astratta che è in
grado di scatenare la reazione (è un
intermediario)
AVANTI
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LINEE DI CAMPO

1. le linee sono punto per punto tangenti al vettore
   campo
2. Il numero delle linee deve essere proporzionale
   allintensità del campo per unità di superficie.
   ( sono le linee è intenso il campo)

• Convenzionalmente
• Per la carica positiva le frecce si indicano
  uscenti
• Per quella negativa entranti.
• Se invece abbiamo una massa solo entranti perché
  le masse possono solo attrarsi, non respingersi.

AVANTI
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Non sono vettori, rappresentano la successione di
punti di applicazione del vettore.
CAMPO PIU INTENSO
Più sono le linee più è intenso il campo.
INDIETRO
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Campo Elettrico
Nel campo una particella viene accelerata nella
direzione delle linee di campo.
-

Cliccare per lanimazione
Cliccare per la 2a lanimazione
APPROFONDIMENTO CONDENSATORE
-

Quando una particella viene sparata con una
certa velocità allinterno dal campo
elettromagnetica questa viene accelerata e ,se è
positiva, devierà verso il basso, se è negativa,
verso lalto.
INDIETRO
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RAFFIGURAZIONE CAMPO MAGNETICO
Cliccare per far partire lanimazione
Cliccare per far partire la 2a animazione
Se una particella carica viene sparata con
velocità V allinterno del campo si osserva che
la particela segue una traiettoria circolare.Nel
campo entrante gira in SENSO ORARIO, in quello
uscente in SENSO ANTIORARIO.
AVANTI
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COME GENERARE I CAMPI MAGNETICI?
Campi magnetici generati dal passaggio di
corrente in un filo conduttore
Magneti naturali (calamite)
ESEMPIO
INDIETRO
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Elettromagnete
Elettrodi
Abbiamo disegnato una freccia a doppio senso,
poiché a seconda che il campo sia entrante o
uscente, le particelle possono girare in senso
orario o antiorario.
I 2 elettrodi sono collegati tramite conduttori
al generatore di energia
Allinterno di questo elettromagnete vengono
prodottI degli elettroni che successivamente
girano seguendo una traiettoria circolare
Lelettromagnete accelera la particella per
leffetto del campo magnetico. Questo è prodotto
dai fili di rame che si trovano intorno
allarmatura più esterna.
INDIETRO
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INTERAZIONI TRA MASSE
Il corpo m1 esercita sul corpo m2 una forza e
viceversa. Queste forze sono centrali,infatti la
direzione di applicazione è costituita dalla
retta che congiunge i centri di massa.
 I due corpi non interagiscono subito. La
velocità con cui la massa m influisce sulla massa
c è la velocità della luce.
INDIETRO
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ESPERIMENTO
PROCEDIMENTO Generatore era carico. Abbiamo
pescato con (1) la carica dal generatore e
avvicinandolo alla pallina di stagnola, questa è
stata attratta e dopo il contatto si è
allontanata.
Prima del contatto polarizzazione le carche
della pallina tendono a spostarsi dalla parte più
vicina a (1). Durante il contatto si spostano le
cariche Dopo il contatto si allontanano perché
hanno la stessa carica.
INDIETRO
SPIEGAZIONE
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Spiegazione
Il tipo di carica non cambia, sia che sia
negativa sia che sia positiva, basta che un corpo
sia più carico dellaltro. Ne- p
Induzione si verifica in un corpo neutro quando
viene avvicinato un altro corpo carico e nel
primo si spostano gli elettroni. Corpo è carico
quando ha acquistato o ceduto elettroni.
Si usano i metalli perché sono conduttori quindi,
avendo lultimo guscio non saturo, tendono a
liberare elettroni
INDIETRO
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CONDENSATORE
Tutte le linee del campo sono parallele ed E è
costante. Il condensatore può accelerare una
particella ? una massa è in grado di accelerare
unaltra massa.
Tra le 2 armature esiste un differenza di
potenziale. DV
La differenza di potenziale è in grado di
accelerare una carica.
INDIETRO
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I moti
M.R.U. (moto rettilineo uniforme)
M.R.U.A. (moto rettilineo uniformemente
accelerato)
M.C.U (moto circolare uniforme)
INDIETRO
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Moto Rettilineo Uniforme (M.R.U.)
Un moto è R.U. quando la traiettoria è rettilinea
e la velocità è costante.
GRAFICI del M.R.U.
AVANTI
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Formule del M.R.U.
INDIETRO
25
Grafici del M.R.U.
INDIETRO
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Moto Rettilineo Uniformemente Accelerato (M.R.U.A.
)
Un moto è R.U.A quando segue una traiettoria
rettilinea e la sua velocità cambia uniformemente
in modulo.
GRAFICI del M.R.U.A.
AVANTI
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Formule del M.R.U.A.
Vf2 - Vi2 2aDS
2 Principio della dinamica ?Fest m a
L F DS
DS 1/2 a Dt V0Dt
INDIETRO
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Grafici del M.R.U.A.
INDIETRO
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Moto Circolare Uniforme (M.C.U.)
Un moto è C.U. quando la traiettoria descrive una
circonferenza e la velocità si mantiene costante
in modulo, ma la sua direzione (della velocità)
varia da punto a punto essendo tangente alla
circonferenza.
A
B
D
C
AVANTI
30
Spiegazione
Un corpo che si muove in M.C.U. (es una pallina
attaccata a un filo) quando verrà lasciato,
seguirà un traiettoria tangente dal punto di
rilascio
AVANTI
ANIMAZIONE
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TRAIETTORIA SEGUITA
INDIETRO
32
L'accelerazione e la velocità nel M.C.U.
A
AB vettore spostamento DS
H
Laccelerazione tende ad avere la direzione del
raggio (verso il centro della circonferenza)
B
C
K
PERCHE LACCELERAZIONE TENDE AD AVERE LA
DIREZIONE DEL RAGGIO???
AVANTI
33
Spiegazione
DV se B si avvicina sempre di più al triangolo
AHK tende ad essere sempre più piccolo.
Cliccare per far avvicinare B ad A.
Il triangolo tende a essere perpendicolare
Il verso di DV tende ad essere perpendicolare
alla tangente
Quindi tende ad avere la direzione del raggio
Poiché laccelerazione è un prodotto vettoriale
che deriva dalla velocità anche essa tende ad
essere perpendicolare alla tangente
INDIETRO
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VA VB
DV V DS r
Coincide con la velocità istantanea della
velocità fuori dal limite
AVANTI
35
V è costante in modulo quindi il quoziente tra
spazio percorso e tempo impiegato a percorrerlo
sempre uguale
P
Se si muove OP, anche A si muove. Poiché A e P si
muovono insieme, passa lo stesso tempo quindi ?
rimane invariato.
A
P
o
A
VP gt VA
Perché il raggio di P è maggiore del raggio di A
?rP ?rP
Pèrchè ? è uguale per entrambe
INDIETRO
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Principi della Dinamica
INDIETRO
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1 Principio della Dinamica
Se su un corpo agiscono forze equilibrate, il
corpo permane in uno stato di inerzia.
INDIETRO
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2 Principio della Dinamica
Se su un corpo agiscono forze non equilibrate, il
corpo il corpo si muove con unaccelerazione
(variazione di velocità).
INDIETRO
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3 Principio della Dinamica
Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e
contraria.
La validità del 3 principio è generale esso è
valido in qualsiasi interazione, anche se questa
non implica necessariamente contatto (es gravità)
ANALISI IMMAGINE
INDIETRO
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Il cavallo per muoversi deve spingere con i piedi
il pavimento con una forza FAB (azione) e il
pavimento reagisce con la forza (reazione)
FBA. Il cavallo tira la corda con la forza FDA e
la corda reagisce sul cavallo con la forza
FDA. Infine la corda tira la pietra C con la
forza FDC e questa reagisce sulla corda con la
forza FCD.
INDIETRO
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CHE COSE ELETTRA
LA STORIA
SUDDIVISIONE
INDIETRO
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che cos'è elettra
ELETTRA E UN LABORATORIO PER LA PRODUZIONE DI
LUCE DI SINCROTRONE DI TERZA GENERAZIONE (UNO DEI
MIGLIORI IN CIRCOLAZIONE)
In questo laboratorio si effettua RICERCA
APPLICATA cioè gli esperimenti proposti devono
essere finalizzati a qualcosa. Inoltre, ogni
esperimento proposto non può avere fini
applicativi bellici.
INDIETRO
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STORIA
IL PROGETTO DI QUESTO LABORATORIO RISALE AGLI
ANNI 60, QUANDO ARRIVARONO DEI FINANZIAMENTI
DALLA FRANCIA. NEL 86 ARRIVARONO DEI
FINANZIAMENTI DALLITALIA, MA LA SUA COSTRUZIONE
INIZIO SOLO NEL 1992 E DURO UN ANNO.
INDIETRO
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SUDDIVISIONE

• Questo laboratorio si divide in 3 parti
• Gli edifici esterni sono edifici tecnici come
  officina meccanica, torri di raffreddamento,
  trasformatori della sottostazione elettrica, etc
• Area sperimentale esterna allanello (che è
  circondato da blocchi di cemento).Qui arriva il
  prodotto degli elettroni.
• Sala computer laboratorio di controllo.

AVANTI
45
L'acceleratore

• Lacceleratore è diviso in 2 parti
• Acceleratore lineare ( L-LINAC )
• Acceleratore circolare

L-Linac
acceleratore circolare
cavità risonanti ad alta frequenza (8)
sorgente di elettroni (filo lampadina)
AVANTI
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(No Transcript)
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L-LINAC
L-LINAC SIGNIFICA LINEAR ACCELERETOR NEL
L-LINAC VENGONO PRODOTTI, DA UN FILAMENTO
INCANDESCENTE, GLI ELETTRONI. QUESTI VENGONO
ACCELERATI, ATTRAVERSO UNA SERIE DI SCATOLE CON
CAMPO ELETTRICO DISPOSTE UNA DOPO LALTRA, FINO
AD ARRIVARE QUASI ALLA VELOCITA DELLA LUCE.
DOPODICHE GLI ELETTRONI PRODOTTI PASSANO
NELLANELLO DI ACCUMULAZIONE (ACCELERATORE
CIRCOLARE.).
ANIMAZIONE L-LINAC
INDIETRO
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L-Linac
CAMPO ELETTRICO
Sorgente di elettroni
START
INDIETRO
49
SINCROTRONE
E ANCHE DETTO ANELLO DI ACCUMULAZIONE. AL SUO
INTERNO GLI ELETTRONI CONTINUANO A GIRARE
PRODUCENDO LUCE DI SINCROTRONE. HA LE STESSE
CARATTERISTICHE DEL L-LINAC MA ATTRAVERSO CAMPI
MAGNETICI, APPOSITAMENTE COMBINATI, PERMETTE AL
FASCIO DI SEGUIRE UNA TRAITTORIA CIRCOLARE.
FUNZIONAMENTO
50
FUNZIONAMENTO
NEL SINCROTRONE SONO PRESENTI SIA CAMPI MAGNETICI
CHE ELETTRICI. I PRIMI DEVIANO IL FASCIO
FACENDOGLI SEGUIRE UNA TRAITTORIA CIRCOLARE, I
SECONDI ACCELERANO IL FASCIO CHE DOPO IL
PASSAGGIO NEI CAMPI MAGNETICI AVEVA PERSO
ENERGIA. OGNI QUALVOLTA IL FASCIO VIENE DEVIATO,
EMETTE LUCE DETTA DI SINCROTRONE, CHE VIENE POI
STUDIATA DA GRUPPI DI FISICI.
ANIMAZIONE
51
LINAC
MAGNETE
SORGENTE DI ELETTRONI
CAMPI ELETTRICI
ANELLO DI ACCUMULAZIONE
ONDULATORE
LUCE DI SINCROTRONE
INDIETRO
IMMAGINE
START
52
Ondulatore
Londulatore (composto da magneti alternati)
serve a far seguire al fascio di elettroni una
traiettoria a serpentina.
ANIMAZIONE
APPROFONDIMENTO FASCIO DI ELETTRONI
INDIETRO
53



START
INTANTO
INDIETRO
RISULTATO
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Movimento del fascio di elettroni
Il movimento del fascio di elettroni è
condizionato dai campi elettrico e magnetico,
opportunamente combinati.
Ampiezza oscillazione mantenuta costante.
Quando lampiezza della oscillazioni è costante,
incrementa lintensità di emissione (di energia),
perché si sommano tutte le traiettorie tangente.
AVANTI
55
IN PARTICOLARE SE...
il campo ha una traiettoria verticale
serpentina, il fascio seguirà una traiettoria
serpentina orizzontale. il campo ha traiettoria
serpentina orizzontale, il fascio seguirà una
traiettoria serpentina verticale.
ci sono 2 campi, 1 con traiettoria serpentina
verticale e laltro con traiettoria serpentina
verticale, il fascio di elettroni seguirà una
traiettoria a spirale.
INDIETRO
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Fascio di luce
Nellacceleratore circolare il fascio di
elettroni continua a girare emanando radiazioni
di sincrotrone.
Radiazione di sincrotrone
Radiazione elettromagnetica
Luce (fascio cilindrico)
Tra raggi UV e raggi X molli
Segue linea retta
Manipolato attraverso speciali specchi(con
superfici concave). Questi hanno angoli di
incidenza molto vicini allo 0 e devono essere
continuamente raffreddati poiché il fascio è
molto caldo possiede unenergia tale da poter
rompere lo specchio.
La luce prodotta dagli elettroni è formata da
fotoni. Di questo fascio si sceglie una sola
lunghezza donda(colore) usando il
monocromatore. Il fascio così ottenuto(di un solo
colore) passa per altre macchine.
AVANTI
MONOCROMATORE
57
I 1000 modi di utilizzare il fascio...
2 CLASSI DI ESPERIMENTO (fotoelettrico e
strutturale)
MAMMOGRAFIA
DIFFRAZIONE
INDIETRO
58
2 classi di esperimenti

1. C lasse strutturale si studia la posizione degli
   atomi in vari materiali (usando difrazione e
   rifrazione) .
2. Esperimenti di effetto fotoelettricoogni atomo
   che assorbe energia emette fotoelettroni, quindi
   si possono capire le proprietà della materia.

1.
2.
Il fascio viene fatto scontrare contro un oggetto
a seconda della struttura atomica delloggetto
i fotoni vengono deviati con traiettorie
precise.Un computer calcola lintensità e
langolo dei fotoni deviati.Un altro computer
ricrea la mappa di ciò che è successo e trova la
posizione degli atomi delloggetto. Questa
tecnica è utilizzata nellindustria farmaceutica.
Questa tecnica è utilizzata soprattutto in
radiografia. Si sceglie una lunghezza donda che
viene sparata contro una parte del corpo a
seconda del tipo di lunghezza donda reagisce un
determinato tipo di tessuto. Alla fine si avrà
una mappa con tutti i dettagli.
INDIETRO
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Mammografia
L EFFETTO RELATIVISTICO DI LORENTZ, DENOMINATO
EFFETTO DOPPLER, RIDUCE LA LUNGHEZZA D ONDA DA
UN FATTORE DI 6000 A 8000 RIUSCENDO AD
INDIVIDUARE IL TUMORE IN UNA FASE INIZIALE AL
SENO CON UNA DISPERSIONE DI RADIAZIONE
ECCEZIONALMENTE MINORE RISPETTO ALL EMISSIONE
RADIOATTIVA DEI RAGGI-X.
INDIETRO
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DIFFRAZIONE
LA DIFFRAZIONE E LA PROPAGAZIONE NON RETTILINEA
DELLA LUCE DI SINCROTRONE PASSANTE ATTRAVERSO
SOTTILI FENDITURE, SOLCHI E PROTUBERANZE O
INCIDENTE SUL CONTORNO DEGLI OGGETTI. A CAUSA
DELL PICCOLISSIMA LUNGHEZZA DONDA E POSSIBILE
OSSERVARE STRUTTURE DELLA DIMENSIONE DI UN
MILIONESIMO DI MILLIMETRO.
INDIETRO
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Monocromatore
Il monocromatore è una macchina (una sorta di
cristallo) che sceglie una sola lunghezza
donda del fascio. A seconda dellangolo con cui
viene colpito, esce dalla macchina un solo colore
(difrazione).
Dopo essere passato nel monocromatore, il fascio
attraversa altre macchine che cambiano a seconda
delluso che se ne deve fare.
IMMAGINE
INDIETRO
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INDIETRO
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Ultra Alto Vuoto
Allinterno del tubo serve mantenere il vuoto
perché gli elettroni sono particelle leggere e
piccole e tendono a combinarsi rapidamente con
ioni vaganti. Anche quando si arriva a 10-9
millibar rimangono residui gassosi attaccati alle
pareti. Per togliere ogni elemento che potrebbe
ostacolare il passaggio degli elettroni,si
riscalda la camera.Poi si riempie di azoto
liquido che impedisce che si inquini,
mantenendola pulita.
INDIETRO
64
Fine