Studio dell'ottica della linea di fascio EXOTIC con una tecnica Monte-Carlo di ray-tracing

La linea di fascio EXOTIC è attiva presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) per la produzione di fasci radioattivi leggeri, utilizzati, nel corso degli anni, per studi di dinamica di reazione ad energie attorno alla barriera coulombiana, per esperimenti di scattering risonante e per misure di interesse astrofisico. La linea consta di 8 elementi ottici: un tripletto di quadrupoli magnetici, un dipolo magnetico, un filtro di velocita' ed, infine, un secondo tripletto di quadrupoli. Ciascun elemento puo' essere descritto come una combinazione di lenti ottiche semplici e, in base alle leggi dell'ottica geometrica, la linea è caratterizzata da un fuoco iniziale (dove è collocato il bersaglio per la produzione dei fasci intermedi), un fuoco intermedio (alle spalle delle del dipolo magnetico, dove avviene la selezione delle specie nucleari prodotte in base alla loro rigidità magnetica) ed infine un fuoco finale (dove viene predisposto il bersaglio secondario e attorno al quale vengono collocati i rivelatori per lo studio delle reazioni nucleari indotte). Sperimentalmente, nelle fasi di produzione dei fasci radioattivi, abbiamo constatato che si ottiene una trasmissione migliore lungo la linea di fascio, impostando dei valori di campo magnetico sistematicamente diversi da quelli calcolati teoricamente e tale effetto potrebbe essere legato all'ampiezza dello spazio delle fasi dei fasci prodotti, ad effetti di bordo delle zone dove è presente un campo magnetico o alla disposizione logistica dei magneti stessi. Il lavoro di tesi prevede lo studio della trasmissione della linea di fascio utizzando una tecnica Monte-Carlo di ray tracing. The EXOTIC beam line is active at the National Laboratories of Legnaro (LNL) of the National Institute of Nuclear Physics (INFN) for the production of light radioactive beams, used, over the years, to study the dynamics of reactions with energies around the Coulomb barrier, for resonant scattering experiments and for measurements of astrophysical interest. The line consists of 8 optical elements: a triplet of magnetic quadrupoles, a magnetic dipole, a velocity filter and, finally, a second triplet of quadrupoles. Each element can be described as a combination of simple optical lenses and, according to the laws of optics geometric, the line is characterized by an initial focal point (where the target for the production of intermediate beams is located), a intermediate focal point (behind the magnetic dipole, where the selection of the nuclear species is done according to their magnetic rigidity ) and finally a final focal point (where the secondary target is set up and around which the detectors for the study of induced nuclear reactions). Experimentally, in the production stages of radioactive beams, we have found that a better transmission along the beam line is obtained by setting magnetic field values systematically different from those calculated theoretically and this effect could be linked to the amplitude of the phase space of the beams produced, to edge effects of the areas where a magnetic field is present or to the logistic arrangement of the magnets themselves. The thesis work involves the study of the transmission of the beam line using a Monte-Carlo ray-tracing technique.