The Diamond Experiment “Esperimento Diamante” – National Nuclear Physics Institute INFN

Con il telecontrollo si possono ridurre i rischi di contaminazione da radiazione durante gli esperimenti di fisica nucleare 

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A cura di Cristian Randieri. Articolo pubblicato sulla rivista Fieldbus & Networks – Giugno 2003. 

Per scaricare l’articolo pubblicato sulla rivista, seguire il link riportato di seguito http://www.intellisystem.it/portfolio/fn-giu-03-diamond-experiment/

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Situati a Catania, i Laboratori nazionali del sud dell’Istituto nazionale di fisica nucleare rappresentano da anni un centro mondiale di ricerca per la fisica nucleare sperimentale. Recentemente qui è stato condotto l’esperimento di fisica nucleare denominato ‘Esperimento Diamante’, che prevedeva il test di un rivelatore sperimentale al diamante (composto da un film di diamante depositato mediante la tecnica ‘Microwave plasma enhanced chemical vapor deposition’ su un substrato al silicio) per lo studio sistematico di un fascio di protoni ottenuto mediante un acceleratore di tipo tandem da 15 MV. Nelle applicazioni in cui è previsto un elevato livello di radiazioni l’utilizzo di un rivelatore al diamante ha dimostrato, meglio di ogni altro materiale, la capacità di caratterizzare la regione interna di un fascio di particelle emesse da un acceleratore.

Misure di questo tipo rivestono particolare importanza per le applicazioni derivabili in ambito medico che utilizzino fasci di radiazioni. Solitamente tali misure vengono effettuate mediante dei rivelatori denominati ‘tazze di Faraday’, il cui limite sta nel fatto che il segnale da essi emesso è troppo basso perché se ne possa ottenere una risoluzione spaziale, il che limita la misura del profilo del fascio in esame.

Scopo dell’esperimento era porre a confronto le misure ottenute ottenute con tre diversi tipi di rivelatori, ossia al silicio, al diamante e basati sulle tazze di Faraday.

Spesso durante gli esperimenti di fisica nucleare si pone maggiore attenzione ai sistemi di acquisizione dei dati che non agli apparati di gestione dell’esperimento, trascurando a volte tutta una serie di complicazioni puramente operazionali che possono limitare la corretta esecuzione dell’esperimento stesso.

L’insorgere di questo tipo di problematiche, infatti, può ridurre drasticamente l’effettivo tempo di acquisizione dei dati sperimentali, poiché ogni qualvolta occorre accedere alla sala sperimentale, è necessario sospendere il fascio ed eseguire un nuovo set-up.

Facciamo qualche osservazione

Attualmente la maggior parte dei sistemi di supporto agli esperimenti di fisica nucleare sono attivati manualmente all’interno delle sale sperimentali. Durante ogni esperimento la presenza di radiazioni, pericolose sia per gli essere umani, sia per la strumentazione, richiede di porre le sale sperimentali in un cosiddetto stato di ‘Safety contro!’; perciò occorre sospendere il fascio ogni qualvolta un operatore deve intervenire all’interno delle sale.

Tra le sale sperimentali e quelle di acquisizione vengono approntate connessioni dedicate di tipo punto-punto; ciò significa che un gran numero di conduttori collegano le due zone, rappresentando di fatto un potenziale punto di diffusione delle radiazioni. I sistemi di telecontrollo e teleassistenza di ultima generazione proposti da Intellisystem Technologies, utilizzando la suite di protocolli TCP/IP permettono di ottimizzare le risorse logistiche, riducendo il numero delle connessioni necessarie, e riducono i costi di gestione. Consentono inoltre agli addetti di concentrarsi con maggiore libertà sul lavoro primario di acquisizione di dati e misure sperimentali. 

A prova di radiazione

Prendendo parte all’esperimento Diamante, Intellisystem Technologies ha testato un valido strumento per il monitoraggio delle sale sperimentali utilizzando le moderne tecnologie di telecontrollo e teleassistenza. Il micro embedded Web server Recs 1O1 prodotto dall’azienda, in grado di controllare 16 ingessi e 16 uscite, è stato impiegato in combinazione con una videocamera Axis 2120, a sua volta collegata a un modulo audio Axis 2191. E’ stato possibile disporre di una postazione di telecontrollo capace non solo di gestire immagini, ma anche di controllare lo stato di dispositivi esterni quali i sensori, e di manovrarne altri, quali gli attuatori. In particolare, il dispositivo Recs 101 è stato testato per la prima volta come sistema di supervisione e controllo per il posizionamento di un bersaglio mobile oggetto del test dell’esperimento, posto all’interno della camera a vuoto sperimentale ove ha avuto luogo il test. I risultati hanno mostrato l’ottima immunità della soluzione ai disturbi dovuti a radiazioni di tipo nucleare, nella fatti specie neutroni. L’integrazione del sistema Recs 101 con i dispositivi Axis e il sistema di movimentazione hanno dimostrato come sia possibile controllare da remoto tramite Internet un impianto sperimentale per la ricerca nel campo della fisica nucleare, ottimizzando costi e tempi d’esecuzione. Sono stati anche ridotti i tempi d’intervento degli operatori durante le varie fasi dell’esperimento, con conseguente diminuzione dei rischi da esposizione a radiazioni nucleari per gli addetti. Inoltre, per la prima volta più ricercatori da ogni parte del mondo hanno potuto connettersi alla sala sperimentale via Internet, tramite un canale video e uno audio bidirezionale, e controllare la movimentazione del bersaglio.