IL SINCROTRONE: LA RADIAZIONE, LA MACCHINA E LE APPLICAZIONI

Volevo condividere con i lettori di Scienza e Musica una presentazione che mi sono trovato a realizzare relativamente al sincrotrone, dove si parla nello specifico della radiazione di sincrotrone, di come è costituita la macchina sincrotrone e vengono illustrate alcune delle più interessanti applicazioni.

Piccola nota: è comune errore (purtroppo capitato pure al sottoscritto) scrivere "sincrotone" invece di sincrotrone. Il termine corretto è sincrotrone! Ho provveduto a sistemare tale refuso nei vari punti dove era presente e non mi ero inizialmente accorto.

Vediamo ora alcune precisazioni che possono essere utili al lettore non esperto per una piena comprensione della suddetta presentazione, in cui alcuni dettagli vengono dati per scontato.

Per quanto concerne l’equazione di Larmor, essa viene fuori andando a considerare una particella carica q avente velocità v in orbita circolare con accelerazione centripeta

La formula nella presentazione è stata scritta, nel Sistema Internazionale delle unità di misura, assumendo a come modulo di tale accelerazione.
Precisiamo pure che ε₀ denota la costante dielettrica del vuoto e c la velocità della luce.
Un particolare interessante da notare è la data in cui Larmor derivò la sua formula: il 1897 precede infatti di alcuni anni la teoria della relatività ristretta (o speciale) di Einstein del 1905 e dunque, per ovvi motivi, l’equazione di Larmor assume condizioni non relativistiche!
Nell’equazione di Ivanenko precisiamo che ℯ rappresenta la carica dell’elettrone, mentre m₀ la sua massa a riposo.
Nella parte inerente alle caratteristiche fondamentali della luce di sincrotrone può essere utile precisare che la luce collimata può essere definita come la luce i cui raggi risultano paralleli e avente un fronte d’onda planare.
Di seguito una bella immagine tratta da Wikipedia:

 

Qualche lettore potrebbe non sapere cosa sia la polarizzazione lineare.
Ricordiamo a tal proposito che le onde elettromagnetiche (quindi pure la radiazione di sincrotrone) sono un’oscillazione del campo elettromagnetico, le quali si propagano in una direzione perpendicolare ai campi elettrico e magnetico.
La polarizzazione è quella proprietà specifica che va a descrivere la direzione in cui i suddetti 2 campi oscillano.
E la polarizzazione lineare non è altro che la tipologia più semplice possibile di polarizzazione. In tal caso il campo elettrico oscilla lungo una sola direzione, ortogonale all’oscillazione del campo magnetico e alla direzione di propagazione dell’onda.
L’animazione che segue va ad illustrare splendidamente come oscilla un campo elettrico in un’onda con polarizzazione lineare vista in sezione.

Per chi si domandasse cosa diavolo sia il numero armonico che compare nella formula della radiofrequenza, esso è semplicemente il numero di cicli che compie la radiofrequenza durante un singolo giro della particella sincrona.
Un’altra precisazione importante che si può compiere riguarda cosa si intende per condizioni di ultra-alto vuoto (abbreviato UHV).
La definizione deriva da considerazioni relative alla teoria cinetica dei gas.
Infatti quest’ultima ci dice che un’area unitaria di una superficie viene bombardata da

molecole per secondo, ove n indica il numero di molecole per unità di volume, mentre <v> denota la velocità media delle molecole.
Sia n sia <v> dipendono da due importanti grandezze termodinamiche: la pressione P e la temperatura T.
Nello specifico

 

L’ultima equazione segue direttamente dalla distribuzione di Maxwell-Boltzmann di cui abbiamo parlato in un paio di post (cliccate qui e qui).

Si potrebbe poi mostrare che il tasso di bombardamento viene fornito da: