Design and development of the target-ion source system for the SPES project

The most important project of LNL (National Laboratory of Legnaro), one of the four Laboratory of INFN (National Institute for Nuclear Physics), is the SPES project, now at the construction phase. The aim of this new facility is to produce Radioactive Ion Beams in the neutron rich side of the so-called “valley of stability”. This is a very challenging project since it requires a lot of knowledge and studies from physical, chemical, engineering points of view. The core of the facility is a uranium carbide target mantained at high temperature (above 2000°C) which produces by fission radioactive atoms by means of an energetic and powerful proton beam. In this thesis, both the target and some of the most delicate devices which have to be installed inside the SPES bunker where the nuclear reactions occur are presented. In particular, the design phase of the target and the tests performed at iThemba LABS in South Africa will be presented, as the design of all the diagnostics that have to be installed to safely manage and control the production of the radioactive beams. Finally, the design phases and tests of the Wien Filter used as the preliminary mass separator to decrease the unwanted radioactivity along the beam line will be showed.

Uno dei più importanti progetti dei LNL (Laboratori Nazionali di Legnaro), uno dei quattro Laboratori dell'INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), è il progetto SPES, ora in fase di realizzazione. L'obbiettivo di questa nuova facility è di produrre fasci di ioni radioattivi nella zona deli isotopi ricchi di neutroni lontani dalla "valle di stabilità". E' un progetto molto impegnativo e stimolante perché richiede molta conoscenza e molti studi dal punto di vista fisico, chimico e ingegneristico. Il cuore dell'acceleratore è il target in carburo di uranio mantenuto ad alte temperature (superiori a 2000°C) che produce per fissione gli atomi radioattivi attraverso un fascio protonico di alta potenza. In questa tesi, saranno presentati sia il target che i più delicati dispositivi che saranno installati all'interno del bunker SPES. In particolare, verranno presentate le fasi di progettazione del target e i test eseguiti a iTHemba LABS in Sud Africa e tutte le diagnostiche che verranno installate per gestire e controllare la produzione dei fasci radioattivi. Infine, si mostreranno le fasi di progettazione e test del Wien Filter utilizzato come separatore di massa preliminare per diminuire la radioattività indesiderata lungo la linea di fascio.