SELETTORE DI VELOCITA'

Selettore Di Velocità

Dalla Storia alla Fisica alle Applicazioni Tecnologiche

Iniziamo!

Sommario

01 Origini e primo utilizzo

Quando e perché?

Rutherford - Geiger

Le origini e il primo utilizzo del selettore di velocità in fisica risalgono ai primi esperimenti di scattering di particelle. Ernest Rutherford e Hans Geiger furono tra i primi scienziati a utilizzare un selettore di velocità nella loro famosa esperienza di scattering di particelle alfa su atomi di oro nel 1909.

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Evoluzione

Come si sono evoluti i selettori di velocità nel tempo?

2000

1950

1910

Esperimenti manuali

Sincrotroni di 3° generazione

Rivelatori avanzati

1980

1940

Computer e elettornica avanzata

Sviluppo dei sincrotroni

02 Fisica

Come funziona?

Relazione tra carica, massa, velocità e campo magnetico

Carica

Carica

Campo magnetico

Velocità

Massa

Info

Inerzia

Frizione

La tendenza di un oggetto a resistere ai cambiamenti di velocità

Forza che si oppone al movimento

Trasmissione di potenza e velocità

La potenza rappresenta il tasso di lavoro svolto o l'energia trasferita in un dato intervallo di tempo.La trasmissione di velocità si riferisce al cambiamento di velocità da un punto a un altro in un sistema meccanico. Questo può comportare l'aumento o la diminuzione della velocità tra i componenti.

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02 Applicazione technologica

Dove e come viene utilizzato?

Tre applicazioni tecnologiche del selettore di velocità

Analisi di isotopiin geochimica

Spettrometria di massa

Conclusione

Il ruolo dei selettori di velocità è cruciale in molte applicazioni scientifiche e tecnologiche. Questi dispositivi permettono di selezionare e controllare con precisione le particelle in base alla loro velocità, consentendo ricerche avanzate in fisica, chimica, geochimica e in altre discipline.

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Grazie dell'attenzione

- Arber e Francesco

Perché fu fondamentale?

Questo dispositivo fu fondamentale per la scoperta del nucleo atomico e la nascita della fisica nucleare moderna.

Storia

• ORIGINI E PRIMI UTILIZZI
• EVOLUZIONE NEL TEMPO
• MOMENTI CHIAVE E FIGURE STORICHE

Inizialmente, i selettori di velocità erano spesso dispositivi manuali che richiedevano un'accurata regolazione da parte degli operatori. Ciò comportava un margine di errore significativo nelle misurazioni.

Regolazione della velocità

La potenza viene impiegata per variare l'intensità del campo magnetico e quindi la forza di Lorentz applicata alle particelle. Questo permette di regolare la velocità delle particelle selezionate, in modo da ottenere una gamma specifica di velocità.

L'uso di computer e elettronica avanzata negli acceleratori ha reso possibile il controllo automatico e la regolazione precisa dei selettori di velocità, migliorando ulteriormente l'accuratezza delle misurazioni.

Inerzia

Nel contesto della selezione di velocità, l'inerzia può influenzare la risposta delle particelle ai campi magnetici o alle forze applicate. Le particelle con massa maggiore possono essere meno influenzate e richiedere più energia per cambiare la loro velocità. L'inerzia è spesso sfruttata in acceleratori di particelle, dove particelle pesanti vengono accelerate ad altissime velocità.

Massa

La massa è la quantità di materia in una particella ed è misurata in unità di massa, come il chilogrammo (kg) o il grammo (g).

Spettrometria di massa

Nella spettrometria di massa, un selettore di velocità viene utilizzato per selezionare ioni con velocità specifiche all'interno di un analizzatore di massa. Questo processo consente di separare e analizzare gli ioni in base alla loro massa-carica, che è cruciale in settori come la chimica analitica e la ricerca in campo biologico.

L'applicazione di tensioni specifiche nel selettore di velocità permette di ottenere una distribuzione di velocità specifica degli ioni.

L'avanzamento nella tecnologia dei rivelatori, come i rivelatori a camera a bolle e i rivelatori a traccia, consentì una migliore rivelazione e analisi delle particelle selezionate.

Acceleratori di particelle

Gli acceleratori di particelle utilizzano selettori di velocità per preparare e accelerare particelle, come protoni ed elettroni, prima di farle collidere o utilizzarle in esperimenti. Il selettore di velocità è essenziale per garantire che solo particelle con l'energia e la velocità desiderate siano accelerate e indirizzate verso il bersaglio o il rivelatore. Questo è cruciale per esperimenti di fisica delle particelle e medicina nucleare.

Frizione

Nel contesto della selezione di velocità, la frizione può influenzare il moto delle particelle su superfici o in dispositivi di selezione. Riducendo la frizione, è possibile migliorare l'efficienza del processo di selezione.

Storia

• ORIGINI E PRIMI UTILIZZI
• EVOLUZIONE NEL TEMPO
• MOMENTI CHIAVE E FIGURE STORICHE

Negli anni '40, l'introduzione dei sincrotroni, acceleratori circolari con campo magnetico variabile, portò a una maggiore precisione nella selezione delle velocità delle particelle.

L'introduzione dei sincrotroni di terza generazione, noti come acceleratori di elettroni di terza generazione, ha portato a ulteriori miglioramenti nella selezione di energia e velocità delle particelle, consentendo studi ancora più dettagliati a livello subatomico.

Storia

• ORIGINI E PRIMI UTILIZZI
• EVOLUZIONE NEL TEMPO
• MOMENTI CHIAVE E FIGURE STORICHE

Il selettore di velocità è un dispositivo che permette di selezionare particelle cariche, mediante un condensatore e un campo magnetico, con uno specifico valore di velocità, dato dal rapporto tra campo elettrico e campo magnetico.

Analisi di isotopi in geochimica

Nella geochimica e nella datazione radioattiva, i selettori di velocità sono utilizzati per selezionare isotopi di interesse. Ad esempio, il selettore di velocità può essere utilizzato per separare isotopi radioattivi da isotopi stabili in campioni geologici o ambientali. Questa applicazione consente di studiare processi geologici e determinare l'età di materiali tramite la misurazione delle concentrazioni isotopiche.

Velocità

La velocità è la misura del movimento di una particella e viene espressa in metri al secondo (m/s) o altre unità di misura della velocità.

v = E/B

Carica

La carica è una proprietà fondamentale delle particelle. Possono essere cariche positivamente (come il protone) o cariche negativamente (come l'elettrone). La carica viene misurata in unità di carica elementare (e), dove 1 elettrone ha una carica di -e e 1 protone ha una carica di +e.

F = qE F = qvB

La capacità di separare particelle con velocità specifiche è fondamentale per esperimenti di laboratorio sofisticati, acceleratori di particelle e analisi isotopiche. In conclusione, i selettori di velocità rivestono un ruolo essenziale nella ricerca scientifica e nelle tecnologie avanzate, contribuendo a scoperte e applicazioni innovative.

Applicazione tecnologica

• CERN
• COLLIMATORI DI PARTICELLE
• CAMPI MAGNETICI NEGLI ACCELERATORI DI PARTICELLE

La fisica

• PRINCIPI BASE
• RUOLO DEL CAMPO MAGNETICO
• RELAZIONE TRA CARICA, MASSA, VELOCITA' E CAMPO MAGNETICO
• RESISTENZA, FRIZIONE E INERZIA
• TRASMISSIONE DI POTENZA E VELOCITA'

Forza di Lorentz

La forza di Lorentz, che agisce su una particella carica in un campo magnetico, è data dall'equazione:

F = q V x B

• q è la carica.
• V è la velocità della carica.
• B è l'intensità del campo magnetico.

Campo magnetico

Il campo magnetico è una regione nello spazio in cui una particella carica viene sottoposta a una forza magnetica. È misurato in tesla (T).