Elementi di base delle applicazioni della luce di sincrotrone. Basic elements of synchrotron light applications.
Elementi di base delle applicazioni della luce di sincrotrone. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 può essere molto utile in questa applicazione. / Basic elements of synchrotron light applications. The patent procedure ENEA RM2012A000637 can be very useful in this application.
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Da semplice fenomeno fisico, la radiazione (o luce) di sincrotrone è andata assumendo negli ultimi anni sempre più un ruolo di mezzo di indagine insostituibile per analizzare la struttura di materiali di ogni tipo. Rispetto alle sorgenti tradizionali, che emettono soltanto alcune lunghezze d'onda isolate, la radiazione di sincrotrone ha un ampio spettro di lunghezze d'onda, nella zona tra l'ultravioletto e i raggi X, confrontabili quindi con le dimensioni di atomi, molecole e macromolecole. È possibile quindi sintonizzarsi a piacere su una determinata lunghezza d'onda e utilizzarla per un determinato esperimento. La radiazione di sincrotrone si caratterizza inoltre per la sua alta intensità e alta collimazione, essenziali per il suo uso come mezzo di indagine. Tra la fine degli anni Ottanta e la prima metà degli anni Novanta, sono state realizzate (Berkeley, Grenoble, Trieste), macchine di luce di sincrotrone di “terza generazione”. Esse sono basate su uno o più acceleratori di particelle che fungono da sistema di iniezione e da un terzo stadio costituito dalla “macchina di luce” vera e propria. Gli elettroni, generati da una sorgente termoionica, vengono accelerati da un acceleratore lineare fino all'energia di alcune decine o centinaia di MeV e poi immessi, in alcuni casi in pacchetti temporalmente spaziati, in un sincrotrone che li accelera ulteriormente a un'energia superiore a 1 GeV. Successivamente sono inviati in un anello di accumulazione, dove ruotano a energia costante. All'interno dell'anello vengono prodotti campi magnetici generati da magneti curvanti, ondulatori e wigglers (dispositivi magnetici multipolari costituiti da due file contrapposte di magneti a polarità alternate, con direzione del campo perpendicolare a quella del fascio di elettroni, grazie ai quali gli elettroni percorrono una traiettoria a slalom ottenendo un aumento della luce di sincrotrone prodotta rispetto a un magnete curvante tradizionale) e dove si verifica il fenomeno della luce di sincrotrone. Con opportuni sistemi, la luce di sincrotrone ottenuta a ogni passaggio degli elettroni nei magneti viene poi incanalata nelle cosiddette “linee di luce”, sotto vuoto spinto, dove viene selezionata la lunghezza d'onda desiderata e al termine delle quali si trovano le apparecchiature con i campioni da analizzare. Una singola macchina di luce può essere collegata anche a una trentina di linee di luce, ognuna dedicata a un particolare tipo di esperimento. Se vengono utilizzati elettroni in pacchetti, inoltre, la macchina di luce emetterà luce di sincrotrone pulsata, con grande accuratezza e stabilità, rendendo possibili, per esempio, esperimenti su proprietà cinetiche e dinamiche di sistemi biologici e chimici, come se li si “filmasse”. Attraverso gli spettri di assorbimento dei raggi X dei campioni da analizzare, con la luce di sincrotrone è possibile per esempio ottenere informazioni sulla posizione dell'atomo assorbitore relativamente agli atomi vicini, dei quali si può conoscere il numero e la specie chimica. Utilizzando luce pulsata si può quindi seguire lo sviluppo dinamico di mutamenti nella struttura dei materiali provocati per esempio da reazioni chimiche, dalla corrosione di superfici allo studio di enzimi e proteine. Utilizzando l'effetto fotoelettrico (l'emissione di elettroni da parte di materiali colpiti da luce), si può analizzare il comportamento degli elettroni nei semiconduttori per realizzare dispositivi elettronici avanzati, oppure ottenere informazioni particolareggiate sulla struttura e composizione di materiali di interesse tecnologico (ceramiche, polimeri, leghe avanzate). La stessa fotoemissione, combinata con la possibilità di misurare lo spin dell'elettrone emesso dal materiale in esame, può inoltre fornire preziosi aiuti alla comprensione di fenomeni magnetici ancora non ben conosciuti, dalla quale trarrà vantaggio l'industria delle memorie magnetiche, da quelle per i computer a quelle per l'elettronica di consumo (videoregistratori ecc.). Sul fronte della biologia, la luce di sincrotrone può comportarsi come un microscopio a raggi X, ma con la possibilità di studiare la dinamica di fenomeni in vivo, cosa non possibile con i tradizionali microscopi elettronici. Si possono ottenere informazioni sull'azione terapeutica, a livello molecolare, di composti chimici e nuovi farmaci. Impiegando tecniche diffrattometriche, con la luce di sincrotrone è possibile infine definire la forma e la composizione chimica di proteine e virus, con benefici di grande importanza per la ricerca medica, biologica e farmacologica.
ENGLISH
From a simple physical phenomenon, the synchrotron radiation (or light) has been taking on increasingly becoming a role of irreplaceable investigation in recent years to analyze the structure of any type of material. Compared to traditional sources that emit only certain isolated wavelengths, synchrotron radiation has a wide spectrum of wavelengths in the ultraviolet and X-ray ranges, thus comparing the size of atoms, molecules and macromolecules . You can then tune into a given wavelength and use it for a specific experiment. Synchrotron radiation is also characterized by its high intensity and high collimation, essential for its use as a means of investigation. Between the late eighties and the first half of the 1990s, "third generation synchrotron" light machines were developed (Berkeley, Grenoble, Trieste). They are based on one or more particle accelerators acting as an injection system and a third stage consisting of a real "light machine". The electrons generated by a thermopower source are accelerated by a linear accelerator up to the energy of some tens or hundreds of MeV and then introduced, in some cases in temporally spaced packets, into a synchrotron that further accelerates them to a higher energy A 1 GeV. They are then sent to a collection ring, where they rotate to constant energy. Within the ring, magnetic fields are generated by curved magnets, waveguides and wigglers (multipolar magnetic devices consisting of two opposed polarities magnets with a perpendicular field direction to that of the electron beam, thanks to which the electrons They travel along a slalom trajectory resulting in an increase in synchrotron light produced by a traditional curved magnet) and where the phenomenon of synchrotron light occurs. With appropriate systems, the synchrotron light obtained at each passing of the electrons in the magnets is then channeled into the so-called "light lines" under vacuum, where the desired wavelength is selected and at the end of which the equipment is located The samples to be analyzed. A single light machine can also be connected to thirty light lines, each devoted to a particular type of experiment. If electrons are used in packets, the light machine will also emit pulsed synchrotron light with great accuracy and stability, making for example experiments on the kinetic and dynamic properties of biological and chemical systems as if they were "filmed" . Through the X-ray absorption spectra of the samples to be analyzed, synchrotron light is, for example, possible to obtain information on the position of the absorbing atom relative to the adjacent atoms of which the number and the chemical species can be known. By using pulsed light, it is possible to follow the dynamic development of changes in the structure of materials caused by, for example, chemical reactions, surface corrosion, and enzymes and proteins. Using the photoelectric effect (the emission of electrons by light-sensitive materials), we can analyze the behavior of electrons in semiconductors to achieve advanced electronic devices or obtain detailed information on the structure and composition of materials of technological interest (ceramics, polymers, advanced alloys). The same photoemission, combined with the ability to measure the spin of the electron emitted by the material, can also provide valuable aids for the understanding of yet unrecognized magnetic phenomena, which will benefit the magnetic memory industry from those to Computers to those for consumer electronics (video recorders, etc.). On the biology front, synchrotron light can behave like an X-ray microscope, but with the ability to study the dynamics of phenomena in vivo, which is not possible with traditional electronic microscopes. Information on the therapeutic action at the molecular level, chemical compounds and new drugs can be obtained. By using diffractometric techniques, synchrotron light can finally define the form and the chemical composition of proteins and viruses, with great benefits for medical, biological and pharmacological research.
Da:
http://www.sapere.it/enciclopedia/sincrotr%C3%B3ne.html
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Da semplice fenomeno fisico, la radiazione (o luce) di sincrotrone è andata assumendo negli ultimi anni sempre più un ruolo di mezzo di indagine insostituibile per analizzare la struttura di materiali di ogni tipo. Rispetto alle sorgenti tradizionali, che emettono soltanto alcune lunghezze d'onda isolate, la radiazione di sincrotrone ha un ampio spettro di lunghezze d'onda, nella zona tra l'ultravioletto e i raggi X, confrontabili quindi con le dimensioni di atomi, molecole e macromolecole. È possibile quindi sintonizzarsi a piacere su una determinata lunghezza d'onda e utilizzarla per un determinato esperimento. La radiazione di sincrotrone si caratterizza inoltre per la sua alta intensità e alta collimazione, essenziali per il suo uso come mezzo di indagine. Tra la fine degli anni Ottanta e la prima metà degli anni Novanta, sono state realizzate (Berkeley, Grenoble, Trieste), macchine di luce di sincrotrone di “terza generazione”. Esse sono basate su uno o più acceleratori di particelle che fungono da sistema di iniezione e da un terzo stadio costituito dalla “macchina di luce” vera e propria. Gli elettroni, generati da una sorgente termoionica, vengono accelerati da un acceleratore lineare fino all'energia di alcune decine o centinaia di MeV e poi immessi, in alcuni casi in pacchetti temporalmente spaziati, in un sincrotrone che li accelera ulteriormente a un'energia superiore a 1 GeV. Successivamente sono inviati in un anello di accumulazione, dove ruotano a energia costante. All'interno dell'anello vengono prodotti campi magnetici generati da magneti curvanti, ondulatori e wigglers (dispositivi magnetici multipolari costituiti da due file contrapposte di magneti a polarità alternate, con direzione del campo perpendicolare a quella del fascio di elettroni, grazie ai quali gli elettroni percorrono una traiettoria a slalom ottenendo un aumento della luce di sincrotrone prodotta rispetto a un magnete curvante tradizionale) e dove si verifica il fenomeno della luce di sincrotrone. Con opportuni sistemi, la luce di sincrotrone ottenuta a ogni passaggio degli elettroni nei magneti viene poi incanalata nelle cosiddette “linee di luce”, sotto vuoto spinto, dove viene selezionata la lunghezza d'onda desiderata e al termine delle quali si trovano le apparecchiature con i campioni da analizzare. Una singola macchina di luce può essere collegata anche a una trentina di linee di luce, ognuna dedicata a un particolare tipo di esperimento. Se vengono utilizzati elettroni in pacchetti, inoltre, la macchina di luce emetterà luce di sincrotrone pulsata, con grande accuratezza e stabilità, rendendo possibili, per esempio, esperimenti su proprietà cinetiche e dinamiche di sistemi biologici e chimici, come se li si “filmasse”. Attraverso gli spettri di assorbimento dei raggi X dei campioni da analizzare, con la luce di sincrotrone è possibile per esempio ottenere informazioni sulla posizione dell'atomo assorbitore relativamente agli atomi vicini, dei quali si può conoscere il numero e la specie chimica. Utilizzando luce pulsata si può quindi seguire lo sviluppo dinamico di mutamenti nella struttura dei materiali provocati per esempio da reazioni chimiche, dalla corrosione di superfici allo studio di enzimi e proteine. Utilizzando l'effetto fotoelettrico (l'emissione di elettroni da parte di materiali colpiti da luce), si può analizzare il comportamento degli elettroni nei semiconduttori per realizzare dispositivi elettronici avanzati, oppure ottenere informazioni particolareggiate sulla struttura e composizione di materiali di interesse tecnologico (ceramiche, polimeri, leghe avanzate). La stessa fotoemissione, combinata con la possibilità di misurare lo spin dell'elettrone emesso dal materiale in esame, può inoltre fornire preziosi aiuti alla comprensione di fenomeni magnetici ancora non ben conosciuti, dalla quale trarrà vantaggio l'industria delle memorie magnetiche, da quelle per i computer a quelle per l'elettronica di consumo (videoregistratori ecc.). Sul fronte della biologia, la luce di sincrotrone può comportarsi come un microscopio a raggi X, ma con la possibilità di studiare la dinamica di fenomeni in vivo, cosa non possibile con i tradizionali microscopi elettronici. Si possono ottenere informazioni sull'azione terapeutica, a livello molecolare, di composti chimici e nuovi farmaci. Impiegando tecniche diffrattometriche, con la luce di sincrotrone è possibile infine definire la forma e la composizione chimica di proteine e virus, con benefici di grande importanza per la ricerca medica, biologica e farmacologica.
ENGLISH
From a simple physical phenomenon, the synchrotron radiation (or light) has been taking on increasingly becoming a role of irreplaceable investigation in recent years to analyze the structure of any type of material. Compared to traditional sources that emit only certain isolated wavelengths, synchrotron radiation has a wide spectrum of wavelengths in the ultraviolet and X-ray ranges, thus comparing the size of atoms, molecules and macromolecules . You can then tune into a given wavelength and use it for a specific experiment. Synchrotron radiation is also characterized by its high intensity and high collimation, essential for its use as a means of investigation. Between the late eighties and the first half of the 1990s, "third generation synchrotron" light machines were developed (Berkeley, Grenoble, Trieste). They are based on one or more particle accelerators acting as an injection system and a third stage consisting of a real "light machine". The electrons generated by a thermopower source are accelerated by a linear accelerator up to the energy of some tens or hundreds of MeV and then introduced, in some cases in temporally spaced packets, into a synchrotron that further accelerates them to a higher energy A 1 GeV. They are then sent to a collection ring, where they rotate to constant energy. Within the ring, magnetic fields are generated by curved magnets, waveguides and wigglers (multipolar magnetic devices consisting of two opposed polarities magnets with a perpendicular field direction to that of the electron beam, thanks to which the electrons They travel along a slalom trajectory resulting in an increase in synchrotron light produced by a traditional curved magnet) and where the phenomenon of synchrotron light occurs. With appropriate systems, the synchrotron light obtained at each passing of the electrons in the magnets is then channeled into the so-called "light lines" under vacuum, where the desired wavelength is selected and at the end of which the equipment is located The samples to be analyzed. A single light machine can also be connected to thirty light lines, each devoted to a particular type of experiment. If electrons are used in packets, the light machine will also emit pulsed synchrotron light with great accuracy and stability, making for example experiments on the kinetic and dynamic properties of biological and chemical systems as if they were "filmed" . Through the X-ray absorption spectra of the samples to be analyzed, synchrotron light is, for example, possible to obtain information on the position of the absorbing atom relative to the adjacent atoms of which the number and the chemical species can be known. By using pulsed light, it is possible to follow the dynamic development of changes in the structure of materials caused by, for example, chemical reactions, surface corrosion, and enzymes and proteins. Using the photoelectric effect (the emission of electrons by light-sensitive materials), we can analyze the behavior of electrons in semiconductors to achieve advanced electronic devices or obtain detailed information on the structure and composition of materials of technological interest (ceramics, polymers, advanced alloys). The same photoemission, combined with the ability to measure the spin of the electron emitted by the material, can also provide valuable aids for the understanding of yet unrecognized magnetic phenomena, which will benefit the magnetic memory industry from those to Computers to those for consumer electronics (video recorders, etc.). On the biology front, synchrotron light can behave like an X-ray microscope, but with the ability to study the dynamics of phenomena in vivo, which is not possible with traditional electronic microscopes. Information on the therapeutic action at the molecular level, chemical compounds and new drugs can be obtained. By using diffractometric techniques, synchrotron light can finally define the form and the chemical composition of proteins and viruses, with great benefits for medical, biological and pharmacological research.
Da:
http://www.sapere.it/enciclopedia/sincrotr%C3%B3ne.html
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