View Full Version : Il ciclotrone
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 19:51
Ciao! :D
Raccolgo la sfida lanciatami da uno dei nostri simpatici admin e apro un thread di scienza applicata! :eek:
Quindi, signori e signore, ecco a voi...tutto quello che avreste voluto sapere sul ciclotrone e non avete mai osato chiedere! :sofico:
Innanzitutto un ciclotrone è un acceleratore di particelle ed è fatto come potete vedere nella figura qui sotto:
http://www.ips.it/scuola/concorso_99/ipercern/acceleratori/ciclotrone.jpg
In questa macchina le particelle sono accelerate da un campo elettrico a radiofrequenza (dell'ordine di qualche decina di MHz) ma invece di muoversi in linea retta, come negli acceleratori lineari (LINAC), esse percorrono una traiettoria a spirale, guidate da un campo magnetico costante.
Le particelle si muovono in una camera a vuoto a forma di cilindro piatto, che racchiude due elettrodi cavi la cui forma si può immaginare ottenuta tagliando un cilindro cavo molto appiattito lungo un suo piano diametrale:
http://www.fe.infn.it/~ferretti/public_html/Tesine2000/ChiaraBonora/accelleratori/ciclotrone1.jpg
Per tale forma gli elettrodi vengono spesso chiamati "D". Tra essi viene applicata la differenza di potenziale a radiofrequenza; nell'intercapedine tra le due "D" si genera allora un campo elettrico alternato, mentre all'interno degli elettrodi il campo elettrico è nullo.
La camera a vuoto, come si vede nella prima figura, è posta tra le espansioni polari di un grosso elettromagnete, il quale produce un campo magnetico costante e (quasi!) uniforme, perpendicolare al piano degli elettrodi. Al centro della camera a vuoto è situata la sorgente S di ioni, che escono con velocità molto bassa e in maniera continua (pertanto le particelle risultano disseminate lungo tutta la traiettoria, e non vengono prodotte in "fasci" o "pacchetti"). Gli ioni vengono acceleratidal campo elettrico e penetrano all'interno di una delle "D"; qui compiono con velocità costante una traiettoria semicircolare per effetto del campo magnetico (come è noto un campo magnetico costante ha l'effetto di incurvare la traiettoria di una particella carica, con raggio di curvatura proporzionale all'intensità del campo), dopodiché si trovano di nuovo a passare per l'intercapedine. Se il campo elettrico si è nel frattempo invertito, gli ioni vengono ancora accelerati e percorrono nell'altra "D" un semicerchio di raggio maggiore del precedente, e così di seguito. In definitiva l'orbita risulta come indicato nella seconda figura.
Questo funzionamento della macchina, come già accennato, risulta possibile solo se il campo elettrico si inverte mentre le particelle percorrono un semicerchio, ossia se il tempo t che le particelle impiegano a percorrere ogni semicerchio è praticamente costante, e se la frequenza nu della radiofrequenza è scelta in modo che il suo periodo T sia il doppio di tale tempo. In formule:
nu = 1/(2t)
T = 2t
Il tempo di transito t per un semicerchio di raggio R percorso con velocità v è:
t = (pigreco R)/v
D'altra parte R è dato da:
R = (mv)/(qB)
dove m è la massa della particella (quindi mv è la quantità di moto)e q e B sono rispettivamente i moduli della carica e del campo magnetico.
Quindi:
t = (pigreco m)/(qB)
e pertanto
nu = (qB)/(2 pigreco m)
Si vede che la frequenza nu dipende dall'energia attraverso m; tuttavia, finché le particelle soddisfano l'approssimazione classica, la massa m della particella è costante e non dipende dalla velocità, quindi in definitiva t è (circa) costante.
Dobbiamo però restare nell'ambito della meccanica classica, quindi occorre rispettare la condizione:
T << E0
dove E0 = mc^2 è l'energia di riposo della particella e T = mv^2 la sua energia cinetica. Ne consegue che la macchina può accelerare le particelle solo fino a energie cinetiche piccole (1-2%) rispetto all'energia di riposo. Perciò il ciclotrone non è utilizzabile per gli elettroni, che hanno E0 piccola. Se l'energia cinetica sale a valori non trascurabili rispetto a E0, m = m(v) e via via che la massa aumenta, i passaggi attraverso l'intercapedine si fanno sempre più distanziati; quindi la particella incontra il campo elettrico in una fase sempre più arretrata, finché non giunge a trovarlo in verso opposto al proprio moto, e viene perciò ritardata anziché accelerata. Per questa ragione il limite pratico d'impiego del ciclotrone è di circa 20 MeV per protoni o deuteroni (per elettroni avremmo nello stesso limite un'energia di circa 10 keV). Entro questi limiti d'energia i ciclotroni sono utilizzati e e sono in grado di fornire fasci di intensità molto elevata.
Il raggio della camera a vuoto, che è anche grosso modo il raggio del semicerchio massimo che le particelle percorrono prima di uscire dalla macchina, è legato al valore dell'energia massima ottenibile attraverso la relazione:
Rmax = (mvmax)/(qB) = sqrt(2m Tmax)/(qB)
Questa relazione può dare un'idea delle dimensioni necessarie per i poli del magnete; infatti i campi magnetici che si realizzano in pratica in queste macchine sono dell'ordine di 10^4 gauss = 1 weber/m^2. In tali condizioni, per esempio per ottenere protoni di 10 MeV, si ha R = 45 cm; per deuteroni di 20 MeV, R = 90 cm.
Osserviamo infine che il ciclotrone si può concettualmente assimilare a un acceleratore lineare in cui però la traiettoria è avvolta a spirale per effetto del campo magnetico, e quindi i successivi elettrodi di un normale LINAC sono sostituiti da soli due elettrodi, ripetutamente attraversati.
marKolino
02-03-2004, 19:56
ha qualcosa a che fare col "tuttotrone"? :confused: :D
Alexhwoc
02-03-2004, 19:58
:)
alexis1980
02-03-2004, 19:58
Help me!
:ubriachi: :ubriachi: :ubriachi:
Originariamente inviato da alexis1980
Help me!
:ubriachi: :ubriachi: :ubriachi:
no.. qualcuno aiuti ME!!! :eek: :cry: :muro:
:D:sofico:
>bYeZ<
Originariamente inviato da pandyno
Discreta relazione :D
discreta? :D te sapresti fare di meglio? :D:D:p
>bYeZ<
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:08
Se arriva anche Raven 'sto thread diventa una succursale di Schede Video...:sofico:
http://digilander.libero.it/arosati76/blink.gif...
http://www.emuleitalia.net/fora/html/emoticons/yawn2.gif...
http://digilander.libero.it/arosati76/sleep_1.gif
lnessuno
02-03-2004, 20:09
sono perfettamente d'accordo a metà :mbe: :huh:
Mò lo chiamo.. :D:p
>bYeZ<
Evviva, grazie Fisica!
Ho capito alcune cose :asd: !
Originariamente inviato da Raven
http://www.enkeywebsite.net/forums/html/emoticons/blink.gif ...
http://www.emuleitalia.net/fora/html/emoticons/yawn2.gif...
http://www.enkeywebsite.net/forums/html/emoticons/sleep_1.gif
eccolo!!!!! :D:D:D
>bYeZ<
Originariamente inviato da FreeMan
discreta? :D te sapresti fare di meglio? :D:D:p
>bYeZ<
Avendo la possibilità di studiare il dispositivo credo di si :)
l' interfaccia seriale che progettai in quinto superiore comprendeva una decina di pagine di formule :D
Cosa ancora piu interessante Cristina, perchè non parliamo di fusione nucleare e come stiamo messi? :) :O
Originariamente inviato da pandyno
Avendo la possibilità di studiare il dispositivo credo di si :)
l' interfaccia seriale che progettai in quinto superiore comprendeva una decina di pagine di formule :D
si. stesse cose.. uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale
:D:p
>bYeZ<
simone17
02-03-2004, 20:12
Ho visitato, assieme ad un amico ricercatore, quello dell'INFN di Trieste. :)
Bella esperienza.
P.S. Che sfida? :confused:
Originariamente inviato da FreeMan
si. stesse cose.. uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale uguale
:D:p
>bYeZ<
certo che no :D
Ma ripeto, se ti applichi nulla è impossibile! :cool:
asp qual' era quel sitozzo dove davano relazioni già fatte? :sofico:
Originariamente inviato da FreeMan
eccolo!!!!! :D:D:D
>bYeZ<
... io sono ovunque... :O
... il mio occhio avvolto dalle fiamme tutto vede ed osserva... :O
ps: gif sistemate! :p
Christina sai mica qlcosa anche del motore ad antimateria su cui stanno lavorando? :sofico:
E' molto interessante x essere,a sapere a che serve magari sarebbe anche + bello! :fiufiu:
Ciao ;)
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:15
Originariamente inviato da pandyno
Avendo la possibilità di studiare il dispositivo credo di si :)
l' interfaccia seriale che progettai in quinto superiore comprendeva una decina di pagine di formule :D
Ho ridotto la spiegazione all'osso...già così non la legge nessuno! :sofico:
E poi per le formule non avevo nemmeno le lettere greche per rappresentare le grandezze secondo la convenzione!!!:cry:
Una teoria completa del ciclotrone, con tanto di analisi di stabilità, mi occuperebbe almeno 2 o 3 thread...ma mi sa che mi bannerebbero prima!!! :D :D :D
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Ho ridotto la spiegazione all'osso...già così non la legge nessuno! :sofico:
E poi per le formule non avevo nemmeno le lettere greche per rappresentare le grandezze secondo la convenzione!!!:cry:
Una teoria completa del ciclotrone, con tanto di analisi di stabilità, mi occuperebbe almeno 2 o 3 thread...ma mi sa che mi bannerebbero prima!!! :D :D :D
"sborona" :asd:
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:17
Originariamente inviato da thotgor
Cosa ancora piu interessante Cristina, perchè non parliamo di fusione nucleare e come stiamo messi? :) :O
Vorrà dire che aprirò un altro thread...:O ;) :D
ShadowThrone
02-03-2004, 20:17
voglio un 3d in cui Rocco spiega la legge del "se lo metti in moto non scende più!"
:sofico: :sofico: :sofico:
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:17
Originariamente inviato da energy+
Christina sai mica qlcosa anche del motore ad antimateria su cui stanno lavorando? :sofico:
Chi? L'equipaggio di Star Trek? :sofico:
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:18
Originariamente inviato da thotgor
"sborona" :asd:
:sborone: :rotfl:
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
E poi per le formule non avevo nemmeno le lettere greche per rappresentare le grandezze secondo la convenzione!!!:cry:
Ho visto :D
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Una teoria completa del ciclotrone, con tanto di analisi di stabilità, mi occuperebbe almeno 2 o 3 thread...ma mi sa che mi bannerebbero prima!!! :D :D :D
Poco ma sicuro! :O :D
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:20
Originariamente inviato da pandyno
Ho visto :D
E' colpa di Edi, come sempre! :D
Uno tira giù il menù a tendina "FONT" e...niente!!! :mbe: :muro: :D :sofico:
Originariamente inviato da pandyno
certo che no :D
Ma ripeto, se ti applichi nulla è impossibile! :cool:
si come no :asd:
Originariamente inviato da pandyno
asp qual' era quel sitozzo dove davano relazioni già fatte? :sofico:
C.V.D.
:sofico:
>bYeZ<
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:21
Originariamente inviato da pandyno
Poco ma sicuro! :O :D
:ops:
:D :D :D
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
E' colpa di Edi, come sempre! :D
SEMPRE!!! :D
>bYeZ<
Aggiungo anche io qualche cosa :)
Per ovviare ai problemi, perfettamente spiegati precedentemente, che nascono dal fatto che accellerando le particelle a velocità prossime a quelle della luce il tempo necessario alla particella a compiere mezza circonferenza non è più costante, negli anni '50 sono nate nuove macchine, i SINCROTRONI, che riescono a variare l'induzione del campo magnetico, seguendo le variazioni del periodo dovute agli effetti relativistici.
Questo ha permesso di raggiungere energie molto grandi, sopra
i 100GeV.
Bisognerebbe poi spiegare a cosa servono queste ciambelle nella fisica nucleare :),
ma la parte, per me più interessante, è l'applicazione di un fenomeno che i primi fisici odiavano, cioè la radiazione di sincrotrone, e che veniva considerata un effetto "parassita" ma che oggi ha permesso di ottenere grandi risultati nello studio della fisica della materia, tant'è che molti sincrotroni sono nati solo per questo scopo.
Originariamente inviato da Raven
... io sono ovunque... :O
si :sofico:
>bYeZ<
Originariamente inviato da Zontar
Aggiungo anche io qualche cosa :)
:mbe:
>bYeZ<
Mi spieghi in che forma vengono introdotte le particelle?
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Chi? L'equipaggio di Star Trek? :sofico:
:wtf: Guarda che nn scherzo eh?
Ho visto dei servizi in tv 1 paio di volte sull'argomento e so che sono in fase di studio e che ne hanno costruito 1 che è riuscito a trasportare 1 molecola x 20 mt o qlcosa del genere solo che il problema è produrre l'antimateria che è di x sè difficile......
Cmq sia dicevano gli scienziati che Star trek nonostante sia inventato è partito da concetti nn del tutto sbagliati tipo i motori ad antimateria che usavano questo "combustibile" dei quali avevano sbagliato solo la quantità di antimateria e cioè in star trek se ci voleva 10gr di antimateria nella realtà ce ne vorrebbe mezzo gr :eek:
Nn son stato molto chiaro ma chi è a conoscenza di queste ricerche capirà spero.... :rolleyes:
PS allora sti ciclotroni a che servono? :mbe:
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:37
Zontar, con il tuo intervento serio hai spiazzato FreeMan...:sofico:
Cmq, tutto vero! In realtà c'è un'altra macchina in grado di superare il problema del limite dell'energia massima imposta dalla variazione relativistica della massa: il sincrociclotrone.
Il sincrociclotrone è praticamente una variante del ciclotrone ed è analogamente costruito. La differenza fondamentale è che la frequenza è modulata, cioè è fatta variare periodicamente, in modo che il tempo impiegato a percorrere un semicerchio cresca.
Si potrebbe pensare che la frequenza debba seguire nel suo variare una legge rigorosa. Fortunatamente questo non è necessario perché qualunque sia la legge di variazione della frequenza (purché essa decresca in modo abbastanza lento) esisterà sempre una particella per cui la legge è quella "giusta". Questa particella si chiama particella sincrona e altre particelle, purché comprese entro un certo intervallo intorno a essa, oscilleranno intorno a essa e alle sue condizioni accompagnandola nel suo moto a spirale. Quindi nel sincrociclotrone avremo non più un fascio continuo di particelle ma un unico pacchetto.
I sincrocilotroni, cmq, non sono adatti per gli elettroni, perché queste particelle richiederebbero una modulazione di frequenza troppo ampia. Da qui e anche per esigenze economiche (il sincrotrone prevede una traiettoria ad anello e non a spirale, quindi il campo magnetico non va su tutto il piano ma solo lungo l'orbita, con notevole risparmio di materiale) nasce e viene ideato il sincrotrone. ;)
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Zontar, con il tuo intervento serio hai spiazzato FreeMan...:sofico:
:mbe:
>bYeZ<
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:40
Originariamente inviato da energy+
:wtf: Guarda che nn scherzo eh?
Ho visto dei servizi in tv 1 paio di volte sull'argomento e so che sono in fase di studio e che ne hanno costruito 1 che è riuscito a trasportare 1 molecola x 20 mt o qlcosa del genere solo che il problema è produrre l'antimateria che è di x sè difficile......
Cmq sia dicevano gli scienziati che Star trek nonostante sia inventato è partito da concetti nn del tutto sbagliati tipo i motori ad antimateria che usavano questo "combustibile" dei quali avevano sbagliato solo la quantità di antimateria e cioè in star trek se ci voleva 10gr di antimateria nella realtà ce ne vorrebbe mezzo gr :eek:
Nn son stato molto chiaro ma chi è a conoscenza di queste ricerche capirà spero.... :rolleyes:
PS allora sti ciclotroni a che servono? :mbe:
Scusa davvero, credevo che scherzassi, non era mia intenzione fare dell'ironia! E' solo che alcuni amici del forum sono soliti prendermi in giro bonariamente su questo argomento! :)
Adesso rispondo a Badedas e poi arrivo da te...;)
Originariamente inviato da FreeMan
si come no :asd:
C.V.D.
:sofico:
>bYeZ<
:eek: :eek:
:sofico:
la prima metà della relazione l'ho capita, quando hai iniziato a tirare fuori le formule mi sono perso :D
PS: freeman che fa 2 post di fila.... :eek: :eek: o.....oh my god!.. sta spammando....sta SPAMMANDO!!!! :eek: :eek: :eek:
:sofico:
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Scusa davvero, credevo che scherzassi, non era mia intenzione fare dell'ironia! E' solo che alcuni amici del forum sono soliti prendermi in giro bonariamente su questo argomento! :)
Adesso rispondo a Badedas e poi arrivo da te...;)
Ma capirai mica mi son offeso anzi! ;)
Molto meglio 1 pò di spirito che rimanere sempre seri x carità! ;)
Grazie
Ahhh...i Dees...Ahhh il ciclosincrotrone...:cry: Ritorno sui miei manuali di meccanica applicata....Poveri studenti del Poli...Le radici del tuo futuro:sofico:
Originariamente inviato da spk
PS: freeman che fa 2 post di fila.... :eek: :eek: o.....oh my god!.. sta spammando....sta SPAMMANDO!!!! :eek: :eek: :eek:
:sofico:
IO posso..io CLIO! :D:p:sofico:
>bYeZ<
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:47
Originariamente inviato da badedas
Mi spieghi in che forma vengono introdotte le particelle?
Certo! :)
Naturalmente tutte le macchine acceleratrici richiedono una sorgente che fornisca le particelle cariche da accelerare.
Se le particelle sono elettroni, può bastare un filamento incandescente che li emetta per effetto termoionico: gli elettroni poi saranno estratti e focalizzati da uno o più elettrodi in serie, e quindi immessi nella macchina.
Nel caso di ioni positivi (e quindi anche protoni), questi possono essere facilmente prodotti per urto di elettroni contro le molecole di un gas. In pratica il gas viene ionizzato da elettroni molto energetici e poi gli ioni, essendo carichi, vengono estratti sempre per mezzo di elettrodi, focalizzati e immessi nella macchina.
La focalizzazione del fascio, detto per inciso, è un parametro importante nella valutazione delle prestazioni di un acceleratore di particelle (la focalizzazione può essere intuitivamente misurata dalla "sezione" del fascio).
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 20:50
Originariamente inviato da ^v3rsus
Ahhh...i Dees...Ahhh il ciclosincrotrone...:cry: Ritorno sui miei manuali di meccanica applicata....Poveri studenti del Poli...Le radici del tuo futuro:sofico:
Aiuto!!! Jacazio! Piombo! Vatta!!! :eek: :ops:
(Miei prof di meccanica applicata 10 anni fa :p)
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Cmq, tutto vero! In realtà c'è un'altra macchina in grado di superare il problema del limite dell'energia massima imposta dalla variazione relativistica della massa: il sincrociclotrone.
In realtà non ho nominato il sincrociclotrone perchè non è che ha avuto un grandissimo successo, come il sincrotrone :)
Cmq. allora, visto che ci siamo, ricordiamo anche tra gli accelleratori di elettroni il betatrone, che invece si basa su un principio totalmente differente, simile a quello di un trasformatore nel quale il circuito secondario è costituito dagli elettroni che girano nella ciambella. Il campo magnetico variabile
indotto dal circuito primario mantiene gli elettroni su un orbita circolare, mentre il campo elettrico li accellera.
Vado un po' a stucco ma si dovrebbero raggiungere energie sui 300MeV
Di che materia è il bersaglio?
Mi è capitato di vedere delle foto, ma una volta frantumate le particelle cosa se ne fa?
Vengono in qualche modo "raccolte"?
In termini pratici a cosa può servire un ciclotrone?
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 21:06
Originariamente inviato da energy+
Ma capirai mica mi son offeso anzi! ;)
Molto meglio 1 pò di spirito che rimanere sempre seri x carità! ;)
Grazie
Allora, eccomi :p
Be' è presto detto...è vero che l'annichilazione di materia e antimateria produce energia, ma il problema è che per produrre l'antimateria si usa molta più energia di quanta se ne produca...in altre parole, l'antimateria è carissima!
Nel caso del motore ad antimateria studiato dalla NASA, almeno per quanto ne so io, dovrebbe funzionare sfruttando la spinta prodotta da una corrente di particelle cariche derivante dall'annichilazione di idrogeno e antiidrogeno.
Bisogna premettere che ci sono:
1) particelle che annichilandosi con la rispettiva antiparticella producono solo raggi gamma, e cioè particelle prive di massa, in altre parole energia pura (ad esempio, elettroni e positroni) ;
2) particelle che annichilandosi con la corrispondente antiparticella producono energia pura ma anche una serie di altre particelle materiali molto accelerate, e quindi in definitiva quantità di moto che può essere utilizzata come spinta propulsiva (è il caso di idrogeno e antiidrogeno, appunto).
Nel caso di questo motore il problema fondamentale è procurarsi l'antiidrogeno (in pratica, degli antiprotoni) e tenerlo confinato finché non serve. Ciò si dovrebbe fare mediante una configurazione magnetica detta trappola di Penning. Va da sè che le antiparticelle debbano essere confinate da campi magnetici e non da pareti materiali: se toccassero la materia comune, annichilirebbero all'istante.
La carica è fondamentale anche allo scopo di convertire in spinta propulsiva la quantità di moto delle particelle prodotte dalla reazione materia-antimateria: se queste non costituissero un fascio direzionabile, non sarebbe ovviamente possibile spingere l'astronave direzionandola dalla parte che si desidera.
Spero di essere stata abbastanza chiara...purtroppo non so moltissimo di astronautica...;)
Originariamente inviato da badedas
Di che materia è il bersaglio?
Mi è capitato di vedere delle foto, ma una volta frantumate le particelle cosa se ne fa?
Vengono in qualche modo "raccolte"?
Il campo di utilizzo di queste macchine è veramente immenso.
Il loro principale uso è nella fisica delle alte energie dove facendo urtare particelle subatomiche si cerca di ottenere informazioni sui loro costituenti e sulle forze che intervengono nel tenerle unite.
Sono esperimenti estremamente difficili, lunghi e dispendiosi, con migliaia di persone che ci girano intorno.
Secondo alcuni è come far scontrare due tir per cercare di capire come è fatto il carburatore...
Esistono rivelatori diversi a seconda di quello che vuoi rilevare...un urto produce tante particelle diverse ed ognuna di essa necessita un diverso rivelatore
-Scintillatori
-A effetto cerenkov
-A gas
-Semiconduttori
e molti altri ancora a seconda di quello che vuoi vedere e dell'energia che ha.
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 21:12
Originariamente inviato da Zontar
In realtà non ho nominato il sincrociclotrone perchè non è che ha avuto un grandissimo successo, come il sincrotrone :)
Cmq. allora, visto che ci siamo, ricordiamo anche tra gli accelleratori di elettroni il betatrone, che invece si basa su un principio totalmente differente, simile a quello di un trasformatore nel quale il circuito secondario è costituito dagli elettroni che girano nella ciambella. Il campo magnetico variabile
indotto dal circuito primario mantiene gli elettroni su un orbita circolare, mentre il campo elettrico li accellera.
Vado un po' a stucco ma si dovrebbero raggiungere energie sui 300MeV
Sì ho consultato il Persico e concorda sui 300 MeV ;)
Lo stesso principio "del trasformatore" si usa per riscaldare il plasma nei reattori a fusione...:)
P.S. Meno male che ci sei tu a dare metà delle risposte...:cool: Sono sfaticata...:sofico:
E va bene, io mi fermo qui.
X abxide...Mettiamola così....Giocattolini x fisici:sofico: (non me ne vogliano i miei colleghi) ti rimando alle spiegazioni di Christina x il resto:sofico:
Tanto che ci sono aggiungo 2 parole sulla radiazione di sincrotrone.
Quando i fisici costruirono i sincrotroni per gli elettroni si accorsero che c'era uno spiacevole "effetto secondario".
Quando gli elettroni "curvano" emettono radiazione elettromagnetica, quindi perdono energia e rallentano.
Questo era un problema perchè gli elettroni li volevano accellerare, mentre questo fenomeno dissipativo faceva perdere loro velocità.
Dopo aver combattutto svariati lustri con questo problema, un giorno qualcuno si disse...ma che radiazione elettromagnetica viene rilasciata ?
Sono Raggi X (in realtà questo non è sempre vero, dipende dalla velocità degli elettroni, tanto che a Frascati le frequenze emesse sono sul lontano infrarosso), che però hanno proprietà molto diverse da quelli con i quali facciamo le lastre:
-sono Altamente polarizzati
-sono altamente monocromatici (i raggi X dell'ospedale hanno invece un range di frequenze estremamente ampio)
-sono molto intensi
-Sono pulsati (perchè gli elettroni viaggiano a pacchetti)
Praticamente è come se disponessimo di un Mega-LAser che emette Raggi X, ottimo quindi per fare esperimenti sulla struttura della materia.
Insomma sono nati i primi laboratori che erano in parassitaggio (della serie "tanto questa radiazione voi la buttate via noi proviamo a farci qualcosa") rispetto all'esperimento vero e proprio cioè l'urto tra particelle.
Poi sono nati sincrotroni solo a questo scopo e oggi sono uno degli strumenti più utilizzati nello studio dello stato solido.
Originariamente inviato da ^v3rsus
X abxide...Mettiamola così....Giocattolini x fisici:sofico: (non me ne vogliano i miei colleghi) ti rimando alle spiegazioni di Christina x il resto:sofico:
hihi :D
Caxxio devo stare parecchio arretrato visto che io mi divertivo con il lego :sofico:
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 21:40
Originariamente inviato da ^v3rsus
X abxide...Mettiamola così....Giocattolini x fisici:sofico: (non me ne vogliano i miei colleghi) ti rimando alle spiegazioni di Christina x il resto:sofico:
Ahem, sì...potrei scrivere molti paroloni...inneggiare al sapere umano...alla ricerca teorica...alla perfezione della scienza pura...ma insomma...giocattolini per fisici, sì!:D :D :D
lzeppelin
02-03-2004, 21:46
OT:
esistono corpi celesti che emettono luce di sincrotone?
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 21:59
Originariamente inviato da lzeppelin
OT:
esistono corpi celesti che emettono luce di sincrotone?
La luce di sincrotrone viene emessa quando una particella è accelerata. Quindi sì, in astrofisica si può incontrare questa radiazione. Ad esempio quando una supernova esplode, originerà particelle molto accelerate ed energetiche. Oppure vicino alle pulsar, o ai buchi neri...anche un forte campo magnetico accelera le particelle.
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 23:36
Originariamente inviato da simone17
Ho visitato, assieme ad un amico ricercatore, quello dell'INFN di Trieste. :)
Bella esperienza.
P.S. Che sfida? :confused:
Ah sì...l'LNS, il ciclotrone superconduttore. Non l'ho mai visto. :)
P.S. Una scemenza tra amici...si parlava del fatto che mi era venuta voglia di aprire dopo tanto tempo un thread di scienza e tecnica come facevo una volta, ed è uscito uno "scommetto che non sei capace di parlare del ciclotrone!". Tutto qua! :D
:old:
3° giorno di lezione del primo semestre del primo anno del primo corso di fondamenti di fisica sperimentale del politecnico di milano. ;) :oink:
Una domandina un poco più bastarda che ti potevano fare era tipo spiegare il "teorema del rotore sul cilindro" ;)
ChristinaAemiliana
02-03-2004, 23:49
Mai sentito nominare...che cosa sarebbe? :sofico:
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Mai sentito nominare...che cosa sarebbe? :sofico:
roba di analisi matematica b.........una di quelle cose incredibili che quelli che passano l'esame non sanno ne come hanno fatto ne cos'è...... ;) :sofico: :oink:
ChristinaAemiliana
03-03-2004, 00:00
Originariamente inviato da luckye
roba di analisi matematica b.........una di quelle cose incredibili che quelli che passano l'esame non sanno ne come hanno fatto ne cos'è...... ;) :sofico: :oink:
Allora io devo appartenere proprio a questa categoria...l'esame l'ho passato ma non mi ricordo di nessun "teorema del rotore sul cilindro"! L'unico teorema del rotore che mi ricordo è quello di Stokes...ma probabilmente ciò dipende dal fatto che ho dato analisi 2 nel 1995 ( :eek: ) e conseguentemente ho ormai scordato il 95% del programma...:D
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Allora io devo appartenere proprio a questa categoria...l'esame l'ho passato ma non mi ricordo di nessun "teorema del rotore sul cilindro"! L'unico teorema del rotore che mi ricordo è quello di Stokes...ma probabilmente ciò dipende dal fatto che ho dato analisi 2 nel 1995 ( :eek: ) e conseguentemente ho ormai scordato il 95% del programma...:D
Esatto !! Idem.........ma sono sicuro che oltre al cilindro lo si fa sulla sfera :eek:
Brutti ricordi........davvero brutti ;) poi è tornato utile......cavolo per fare il caffe è una meraviglia ! :sofico: :sofico:
Pensa che a me il rotore mi porta a spasso anche il cane !
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Ciao! :D
Raccolgo la sfida lanciatami da uno dei nostri simpatici admin e apro un thread di scienza applicata! :eek:
lascia perdere queste baggianate...
Aiutami piuttosto a costruire il motore a curvatura!!
:sofico:
Uhmmm, interessante! Cibo per la mia mente!
Però forse è meglio se lo rileggo da sveglio, a quest'ora mi son perso un po'.
A grandi linee mi son venute in mente le NMR e gli apparati radiografici... scoprono una legge e fanno mille applicazioni diverse... :confused:
fabius00
03-03-2004, 08:10
:eek: :eek: :eek: :eek:
meglio parlare di fighe e di tette! ricado nella mia ignoranza! ciao a tutti!
:D:D :D :D
Originariamente inviato da gtr84
lascia perdere queste baggianate...
Aiutami piuttosto a costruire il motore a curvatura!!
:sofico:
Già, perchè se arrivano le vulcaniane ....... :D :D
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
La luce di sincrotrone viene emessa quando una particella è accelerata. Quindi sì, in astrofisica si può incontrare questa radiazione. Ad esempio quando una supernova esplode, originerà particelle molto accelerate ed energetiche. Oppure vicino alle pulsar, o ai buchi neri...anche un forte campo magnetico accelera le particelle.
Di che ordine il campo magnetico? Possono bastare i 2 T delle risonanze più grandi?
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
blablabla
...
Raccolgo la sfida...
blablabla
Quindi, signori e signore, ecco a voi...tutto quello che avreste voluto sapere sul ciclotrone e non avete mai osato chiedere!
blablabla
Innanzitutto un ciclotrone è...
blablabla....
stupito da tanto sapere :O
incuriosito da tanto sapere :confused:
annoiato da tanto sapere :ahahah:
addormentato da tanto sapere :zzz:
:yeah::sborone:
Originariamente inviato da Apoc.it
Possono bastare i 2 T delle risonanze più grandi?
dice di no.. e che non capisce perchè parli di risonanze...
cmq.. mò te la chiamo ... :D
>bYeZ<
Originariamente inviato da FreeMan
dice di no.. e che non capisce perchè parli di risonanze...
cmq.. mò te la chiamo ... :D
>bYeZ<
Perchè malgrado si sia in campi notevolmente diversi, la risonanza è un mega magnete e usa le RF per 'creare' delle immagini diagnostiche. In pratica legge le RF rilasciate dagli stati d'energia degli atomi di H2. Ora, se vi è questa accelerazione di particelle subatomiche in presenza di campi magnetici di questa entità, è possibile che le immagini diagnostiche possano a volte risultare 'fallate' o quantomeno con artefatti indipendenti dai movimenti di paziente ed organi.
Originariamente inviato da Apoc.it
Perchè malgrado si sia in campi notevolmente diversi, la risonanza è un mega magnete e usa le RF per 'creare' delle immagini diagnostiche. In pratica legge le RF rilasciate dagli stati d'energia degli atomi di H2. Ora, se vi è questa accelerazione di particelle subatomiche in presenza di campi magnetici di questa entità, è possibile che le immagini diagnostiche possano a volte risultare 'fallate' o quantomeno con artefatti indipendenti dai movimenti di paziente ed organi.
:wtf:
:uh: ... ora ci pensa lei.. :sofico:
>bYeZ<
Originariamente inviato da FreeMan
:wtf:
:uh: ... ora ci pensa lei.. :sofico:
>bYeZ<
Meglio se ci pensa lei: idee tante, intuito ancora di più, ma ho sempre avuto problemi colle equazioni... :cry:
Comunque, è solo per curiosità mia, non è che mi serva sul lavoro... non voglio disturbare nessuno, neh? :)
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Ciao! :D
Raccolgo la sfida lanciatami da uno dei nostri simpatici admin e apro un thread di scienza applicata! :eek:
Quindi, signori e signore, ecco a voi...tutto quello che avreste voluto sapere sul ciclotrone e non avete mai osato chiedere! :sofico:
Innanzitutto un ciclotrone è un acceleratore di particelle ed è fatto come potete vedere nella figura qui sotto:
http://www.ips.it/scuola/concorso_99/ipercern/acceleratori/ciclotrone.jpg
In questa macchina le particelle sono accelerate da un campo elettrico a radiofrequenza (dell'ordine di qualche decina di MHz) ma invece di muoversi in linea retta, come negli acceleratori lineari (LINAC), esse percorrono una traiettoria a spirale, guidate da un campo magnetico costante.
Le particelle si muovono in una camera a vuoto a forma di cilindro piatto, che racchiude due elettrodi cavi la cui forma si può immaginare ottenuta tagliando un cilindro cavo molto appiattito lungo un suo piano diametrale:
http://www.fe.infn.it/~ferretti/public_html/Tesine2000/ChiaraBonora/accelleratori/ciclotrone1.jpg
Per tale forma gli elettrodi vengono spesso chiamati "D". Tra essi viene applicata la differenza di potenziale a radiofrequenza; nell'intercapedine tra le due "D" si genera allora un campo elettrico alternato, mentre all'interno degli elettrodi il campo elettrico è nullo.
La camera a vuoto, come si vede nella prima figura, è posta tra le espansioni polari di un grosso elettromagnete, il quale produce un campo magnetico costante e (quasi!) uniforme, perpendicolare al piano degli elettrodi. Al centro della camera a vuoto è situata la sorgente S di ioni, che escono con velocità molto bassa e in maniera continua (pertanto le particelle risultano disseminate lungo tutta la traiettoria, e non vengono prodotte in "fasci" o "pacchetti"). Gli ioni vengono acceleratidal campo elettrico e penetrano all'interno di una delle "D"; qui compiono con velocità costante una traiettoria semicircolare per effetto del campo magnetico (come è noto un campo magnetico costante ha l'effetto di incurvare la traiettoria di una particella carica, con raggio di curvatura proporzionale all'intensità del campo), dopodiché si trovano di nuovo a passare per l'intercapedine. Se il campo elettrico si è nel frattempo invertito, gli ioni vengono ancora accelerati e percorrono nell'altra "D" un semicerchio di raggio maggiore del precedente, e così di seguito. In definitiva l'orbita risulta come indicato nella seconda figura.
Questo funzionamento della macchina, come già accennato, risulta possibile solo se il campo elettrico si inverte mentre le particelle percorrono un semicerchio, ossia se il tempo t che le particelle impiegano a percorrere ogni semicerchio è praticamente costante, e se la frequenza nu della radiofrequenza è scelta in modo che il suo periodo T sia il doppio di tale tempo. In formule:
nu = 1/(2t)
T = 2t
Il tempo di transito t per un semicerchio di raggio R percorso con velocità v è:
t = (pigreco R)/v
D'altra parte R è dato da:
R = (mv)/(qB)
dove m è la massa della particella (quindi mv è la quantità di moto)e q e B sono rispettivamente i moduli della carica e del campo magnetico.
Quindi:
t = (pigreco m)/(qB)
e pertanto
nu = (qB)/(2 pigreco m)
Si vede che la frequenza nu dipende dall'energia attraverso m; tuttavia, finché le particelle soddisfano l'approssimazione classica, la massa m della particella è costante e non dipende dalla velocità, quindi in definitiva t è (circa) costante.
Dobbiamo però restare nell'ambito della meccanica classica, quindi occorre rispettare la condizione:
T << E0
dove E0 = mc^2 è l'energia di riposo della particella e T = mv^2 la sua energia cinetica. Ne consegue che la macchina può accelerare le particelle solo fino a energie cinetiche piccole (1-2%) rispetto all'energia di riposo. Perciò il ciclotrone non è utilizzabile per gli elettroni, che hanno E0 piccola. Se l'energia cinetica sale a valori non trascurabili rispetto a E0, m = m(v) e via via che la massa aumenta, i passaggi attraverso l'intercapedine si fanno sempre più distanziati; quindi la particella incontra il campo elettrico in una fase sempre più arretrata, finché non giunge a trovarlo in verso opposto al proprio moto, e viene perciò ritardata anziché accelerata. Per questa ragione il limite pratico d'impiego del ciclotrone è di circa 20 MeV per protoni o deuteroni (per elettroni avremmo nello stesso limite un'energia di circa 10 keV). Entro questi limiti d'energia i ciclotroni sono utilizzati e e sono in grado di fornire fasci di intensità molto elevata.
Il raggio della camera a vuoto, che è anche grosso modo il raggio del semicerchio massimo che le particelle percorrono prima di uscire dalla macchina, è legato al valore dell'energia massima ottenibile attraverso la relazione:
Rmax = (mvmax)/(qB) = sqrt(2m Tmax)/(qB)
Questa relazione può dare un'idea delle dimensioni necessarie per i poli del magnete; infatti i campi magnetici che si realizzano in pratica in queste macchine sono dell'ordine di 10^4 gauss = 1 weber/m^2. In tali condizioni, per esempio per ottenere protoni di 10 MeV, si ha R = 45 cm; per deuteroni di 20 MeV, R = 90 cm.
Osserviamo infine che il ciclotrone si può concettualmente assimilare a un acceleratore lineare in cui però la traiettoria è avvolta a spirale per effetto del campo magnetico, e quindi i successivi elettrodi di un normale LINAC sono sostituiti da soli due elettrodi, ripetutamente attraversati.
io pensavo al ciclotrone solo come un anello enorme, quello dell'illustrazione sembra uno yo-yo :fagiano: :coffee:
Originariamente inviato da Apoc.it
Comunque, è solo per curiosità mia, non è che mi serva sul lavoro... non voglio disturbare nessuno, neh? :)
tranqui..penso che risponderà stasera ;)
>bYeZ<
Originariamente inviato da FreeMan
tranqui..penso che risponderà stasera ;)
>bYeZ<
DenghiuZ!
IntantoZ miZ riguarderòZ leZ NMRZ, magariZ hoZ dettoZ unaZ stupidataZ!
CiauZ! :D
Originariamente inviato da Apoc.it
Perchè malgrado si sia in campi notevolmente diversi, la risonanza è un mega magnete e usa le RF per 'creare' delle immagini diagnostiche. In pratica legge le RF rilasciate dagli stati d'energia degli atomi di H2. Ora, se vi è questa accelerazione di particelle subatomiche in presenza di campi magnetici di questa entità, è possibile che le immagini diagnostiche possano a volte risultare 'fallate' o quantomeno con artefatti indipendenti dai movimenti di paziente ed organi.
Non ho capito molto cosa vuoi sapere, cmq. sono due cose completamente diverse. La risonanza magnetica va ad eccitare stati energetici INTERNI del nucleo (NMR) o anche, ma non viene utilizzata nel caso medico, stati elettronici (EMR). Qua abbiamo "particelle libere" non legate ad atomi, che vengono accelerate tramite campi magnetici, ma non si eccitano transizioni interne, si aumenta l'energia cinetica.
Nel caso NMR gli H2 sono legati, non è che riesci ad accellerarli, altrimenti sarebbe un bel casino. Oddio qualche effetto di ionizzazione
EDIT
forse
FINE EDIT
lo puoi avere, non dovresti fare risonanze quotidianamente, ma non è che accelleri la particella all'interno del corpo umano.
Cmq. sempre molta attenzione quando si usano questi strumenti diagnostici, bisogna ricordarsi che ti fanno vedere quello che il programmatore che ha fatto il software di acquisizione vuole
che tu veda.
ChristinaAemiliana
03-03-2004, 13:16
Ops...Zontar mi ha preceduto (che fortuna!:D)
Scherzi a parte, certo, sono d'accordo con lui...poi, in questo tipo di acceleratori, è la differenza di potenziale ad accelerare le particelle...il campo magnetico serve in pratica a confinare le orbite in una porzione di spazio.
Poi i fisici usano il termine "accelerare" anche nel senso di "cambiare direzione, curvare" (giustamente, infatti un moto circolare uniforme ha pur sempre l'accelerazione centripeta, che serve appunto a mantenere la particella sull'orbita circolare). Bisogna stare attenti a capire se si parla di accelerazione nel senso di cambiamento del modulo della velocità o nel senso di cambiamento di direzione...
Originariamente inviato da Zontar
Non ho capito molto cosa vuoi sapere, cmq. sono due cose completamente diverse. La risonanza magnetica va ad eccitare stati energetici INTERNI del nucleo (NMR) o anche, ma non viene utilizzata nel caso medico, stati elettronici (EMR). Qua abbiamo "particelle libere" non legate ad atomi, che vengono accelerate tramite campi magnetici, ma non si eccitano transizioni interne, si aumenta l'energia cinetica.
Nel caso NMR gli H2 sono legati, non è che riesci ad accellerarli, altrimenti sarebbe un bel casino. Oddio qualche effetto di ionizzazione
EDIT
forse
FINE EDIT
lo puoi avere, non dovresti fare risonanze quotidianamente, ma non è che accelleri la particella all'interno del corpo umano.
Cmq. sempre molta attenzione quando si usano questi strumenti diagnostici, bisogna ricordarsi che ti fanno vedere quello che il programmatore che ha fatto il software di acquisizione vuole
che tu veda.
Tnx!
Capito, sei stato chiarissimo! Non conosco molto bene le particelle libere, mai trattate a livello universitario in quanto fuori dalle nostre competenze, per cui...
Grazie!
Sulla sinistra di questa foto si intravede il ciambellone di una delle sorgenti di raggi X piu'grandi d'Europa, il sincrotrone di Grenoble
www.esrf.fr
Al suo interno ci si sposta in bicicletta.
Queste "Large scale facilities" che sono finanziate con soldi europei funzionano in questo modo: ogni stato che partecipa con una determinata percentuale sui finanziamenti ha diritto alla percentuale sui tempi macchina assegnati agli esterni.
Quindi tutti i laboratori universitari europei possono chiedere tempo macchina su attrezzature nelle quali condurre esperimenti (un sincrotrone come questo produce raggi x che servono centinaia di strumenti intorno a lui, ogni strumento e'ben specifico e fanno cose diverse l'uno dall'altro). Se una commissione nazionale giudica la proposta d'esperimento interessante assegna un certo periodo a quel laboratorio su quella macchina. Questo tempo macchina va dalla settimana ai 14 giorni. Durante questo periodo i ricercatori devono lavorare il piu'possibile, perche'sono occasioni piuttosto rare che vanno sfruttate al massimo. Si fanno anche i turni di notte, quando gli unici presenti sono quelli della sicurezza e pochi sfigati.
E la', talvolta, si puo'assistere a gare in bicicletta organizzate dai casinari italiani all'interno del sincrotrone, si parte nelle direzioni opposte e si vede chi riesce prima a fare il giro completo :D
Se ci giriamo a 180 gradi vediamo il cupolone del reattore nucleare dell'Institut Laue Langevin ( www.ill.fr ) tramite il quale vengono prodotti neutroni che vengono utilizzati poi in esperimenti sia di fisica fondamentale che di struttura della materia.
giovane acero
03-03-2004, 16:22
Originariamente inviato da Zontar
E la', talvolta, si puo'assistere a gare in bicicletta organizzate dai casinari italiani all'interno del sincrotrone, si parte nelle direzioni opposte e si vede chi riesce prima a fare il giro completo :D
In questo caso si può parlare di biciclotrone? :mbe:
E in caso di scontro tra i due elementi?
Chissà che particelle che vengono tirate!
Oltre ad elettroni, protoni e neutroni si potrebbero scoprire nuove varietà di porconi a seconda della provenienza geografica degli elementi coinvolti nello scontro!
Originariamente inviato da giovane acero
In questo caso si può parlare di biciclotrone? :mbe:
L:rotfl:L
johnnyboy79
03-03-2004, 16:27
Comunque vorrei ricordare a tutti che l' energia (E) è uguale al difetto di massa (m) per la velocità della luce (c) al quadrato:O
Originariamente inviato da ChristinaAemiliana
Allora, eccomi :p
Be' è presto detto...è vero che l'annichilazione di materia e antimateria produce energia, ma il problema è che per produrre l'antimateria si usa molta più energia di quanta se ne produca...in altre parole, l'antimateria è carissima!
Nel caso del motore ad antimateria studiato dalla NASA, almeno per quanto ne so io, dovrebbe funzionare sfruttando la spinta prodotta da una corrente di particelle cariche derivante dall'annichilazione di idrogeno e antiidrogeno.
Bisogna premettere che ci sono:
1) particelle che annichilandosi con la rispettiva antiparticella producono solo raggi gamma, e cioè particelle prive di massa, in altre parole energia pura (ad esempio, elettroni e positroni) ;
2) particelle che annichilandosi con la corrispondente antiparticella producono energia pura ma anche una serie di altre particelle materiali molto accelerate, e quindi in definitiva quantità di moto che può essere utilizzata come spinta propulsiva (è il caso di idrogeno e antiidrogeno, appunto).
Nel caso di questo motore il problema fondamentale è procurarsi l'antiidrogeno (in pratica, degli antiprotoni) e tenerlo confinato finché non serve. Ciò si dovrebbe fare mediante una configurazione magnetica detta trappola di Penning. Va da sè che le antiparticelle debbano essere confinate da campi magnetici e non da pareti materiali: se toccassero la materia comune, annichilirebbero all'istante.
La carica è fondamentale anche allo scopo di convertire in spinta propulsiva la quantità di moto delle particelle prodotte dalla reazione materia-antimateria: se queste non costituissero un fascio direzionabile, non sarebbe ovviamente possibile spingere l'astronave direzionandola dalla parte che si desidera.
Spero di essere stata abbastanza chiara...purtroppo non so moltissimo di astronautica...;)
Bello,grazie delle info ti son molto grato ;)
Ad es. il fatto che si usasse l'idrogeno come tipo di elemento da cui partire nn lo sapevo.....
Curiosità ma l'antimateria da dove la tirano fuori in pratica?
Cmq tutto il discorso è molto chiaro nonostante Fisica1 sia 1 dei 4 esami che mi mancano.... :fiufiu: :muro:
Ciao ;)
vBulletin® v3.6.4, Copyright ©2000-2025, Jelsoft Enterprises Ltd.