Laser driven Particle Induced X-ray Emission:
source development and X-ray spectral/spatial analysis
La tecnica di analisi con fasci di ioni PIXE (Particle Induced X-ray Emission) è un tecnica multi-elementale, quantitativa, altamente sensibile (elementi in traccia con concentrazioni in parti-per-milione), rapida, non-invasiva e non-distruttiva per determinare la composizione degli starti superficiali di un campione. La tecnica si basa sulla spettroscopia della radiazione X caratteristica emessa da ciascun atomo in seguito all’irraggiamento con fasci di protoni/ioni. La PIXE richiede protoni con energie del MeV (2-3 MeV tipicamente) che vengono attualmente prodotti con acceleratori di particelle le cui dimensioni (e i cui costi) rappresentano un limite per l’applicazione della stessa della tecnica al di fuori di grandi infrastrutture di ricerca. La possibilità di effettuare misure PIXE con fasci di protoni estratti in aria ha da tempo aperto la strada all’applicazione della tecnica allo studio di materiali di interesse storico, artistico o archeologico.
Recentemente è stata dimostrata la possibilità di accelerare protoni/ioni tramite laser ad impulsi ultracorti e l’INO ha effettuato con successo dei test producendo ioni con energie fino a 3 MeV, quindi già utilizzabili per misure PIXE.
Il progetto mira a sviluppare un prototipo compatto di convertitore laser-ioni per lo sviluppo del primo dimostratore compatto LaserPIXE. La VCS S.R.L. è altamente specializzata nella realizzazione di componenti di alto vuoto e alta precisione meccanica necessari per lo scopo ed ha già collaborato con l’INO per la realizzazione dei test sperimentali effettuati finora. È quindi il partner ideale per la messa a punto del LaserPIXE. L’INFN è un’eccellenza italiana riconosciuta in ambito internazionale nell’utilizzo delle tecniche nucleari e della PIXE in particolare nel campo dei beni culturali. CNR e INFN sono inoltre partner di E-RIHS la nascente infrastruttura di ricerca europea distribuita per i beni culturali e la scienza del patrimonio di cui l’Italia è capofila e che avrà sede a Firenze.
Il successo di questo progetto potrebbe radicalmente cambiare lo scenario della tecnica PIXE, rendendola utilizzabile in settori, in laboratori che non siano grandi infrastrutture e lasciando addirittura aperta la prospettiva di un sistema trasportabile per misure in-situ. Il progetto prevede anche la messa a punto di tecniche sperimentali avanzate di rivelazione di radiazione X e di ricostruzione di immagini per applicazioni biomediche e di conservazione dei beni culturali.
Obbiettivo: Validare la tecnica PIXE con protoni da all-optical accelerator basato su interazione laser-plasma, e design di un prototipo di acceleratore compatto integrato con porta campione e detector per analisi PIXE.
Responsabile scientifico: Fernando Brandi, INO-CNR
Soggetti Partecipanti: INO-CNR (F. Brandi, L. Labate, L.A. Gizzi); IFC-CNR (D. Panetta); INFN-Firenze (M. Chiari); VCS srl, Parma.
Durata: 2 anni, data di inizio 15 Febbraio 2018.
Finanziamento: 108 Keuro (50% Regione Toscana Fondo Sociale Europeo FSE, 50% impresa Vacuum Components and Systems – VCS SrL, Parma)
