Beam profiler di alta potenza e front end del progetto SPES

Il presente lavoro riguarda due progetti significativi sviluppati presso i Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN: il primo è relativo alla progettazione, realizzazione e verifica di un sistema diagnostico per la misura del profilo di un fascio di protoni, denominato beam profiler di alta potenza; il secondo riguarda un sistema per la produzione, ionizzazione e prima accelerazione dei fasci di ioni radioattivi denominato front end del progetto SPES. Il beam profiler di alta potenza si basa su una rete di fili di tungsteno che, colpiti dal fascio, consentono la ricostruzione della distribuzione trasversale di esso lungo gli assi x e y, fornendo informazioni fondamentali per il corretto controllo e allineamento del fascio stesso. Per la redazione della presente è stata particolarmente attenzionata la progettazione meccanica del sistema, sviluppata secondo criteri di compattezza, robustezza e compatibilità con ambienti ad alto vuoto e forte irraggiamento. La scelta dei materiali, tra cui tungsteno, rame, Macor®, Kapton® e PEEK, è stata guidata da specifiche esigenze di isolamento elettrico, basso degasaggio e resistenza termica. Per questo nel sistema di supporto è presente un raffred-damento ad acqua, al fine di smaltire le elevate potenze irradiate dal fascio, e i fili di tungsteno sono mantenuti in tensione mediante un sistema a molle opportunamente dimensionato. Il front-end del progetto SPES è un sistema complesso dedicato alla produzione, al trasporto e alla gestione di fasci ionici protonici e radioattivi per applicazioni di fisica fondamentale e interdisciplinare, con particolare interesse in ambito medicale. Operando in un ambiente ad alta radioattività, richiede soluzioni progettuali orientate a garantire elevata affidabilità, robustezza e rapidità di manutenzione. Integra componenti meccaniche, sistemi di alto vuoto, alimentazioni elettriche e servizi ausiliari, con particolare attenzione alla scelta dei materiali. La realizzazione delle componenti non commerciali è stata effettuata presso le officine meccaniche dei Laboratori Nazionali di Legnaro, adottando un approccio che ha consentito di ottimizzare tempi e risorse nella produzione di pezzi unici. Le giunzioni critiche sono state realizzate mediante brasatura forte con leghe d’argento, seguita da prove di tenuta preliminari con soluzione tensioattiva e da una verifica ad alta sensibilità tramite Helium Leak Detector. La presente relazione si propone di fornire una visione d’insieme che comprende aspetti di progettazione, tecnologia dei materiali, realizzazione e controllo, con particolare attenzione agli elementi meccanici, sia commerciali sia non commerciali, questi ultimi progettati e realizzati internamente presso i Laboratori Nazionali di Legnaro.