Per l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare sono state realizzate diverse attrezzature e componenti destinati all’esperimento OPERA ed installati presso i Laboratori sotterranei del Gran Sasso. In particolare sono stati forniti:

• lamiere lavorate installate sui due spettrometri
• strutture per montaggio spettrometri
• barre di rame per gli avvolgimenti inferiori e superiori degli spettrometri
• scambiatori di calore inferiori e superiori per il raffreddamento degli avvolgimenti in rame
• travi per allineamento ed irrigidimento spettrometri
• n° 124 semi-wall per l’alloggiamento degli elementi rilevatori
• sistemi di supporto inferiori e superiori per la sospensione delle semi-wall

L’esperimento OPERA è un esperimento per la ricerca di oscillazioni nm-nt nel fascio prodotto presso i laboratori del CERN e da catturare presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso per mezzo di rilevatori (“brick”) allocati nelle semi-wall disposte fra i magneti.
I rilevatori sono dei “mattoncini” costituiti da vari strati alternati di lastre fotografiche e fogli di emulsione.
Studiando le tracce eventualmente lasciate sulle lastre fotografiche gli studiosi pensano di poter fare un passo avanti nella definizione della massa dei neutrini.

L’esperimento NA62 è in fase di preparazione da parte di una collaborazione Internazionale tra INFN, CERN, Mainz, Triumf, Sofia, Mexico, JINR Dubna, IHEP Protvino, INR Moscow, Bern, Birmingham, Fairfax, SLAC e Merced.

Lo scopo dell’esperimento è la misura del rapporto di decadimento del canale K⁺→ π⁺ ν ν per un test determinante del Modello Standard, con la determinazione al 10% del parametro |V td| della matrice CKM.
Uno dei principali contributi al fondo viene dai decadimenti K⁺→π⁺π° con i due fotoni del decadimento del π° che non sono rivelati.
E’ previsto un sistema di veti di fotoni ermetico fino a 50 mrad composto dal calorimetro esistente, da contatori a piccolo angolo e da un sistema di 12 anelli di contatori ( Anti) disposti lungo il tubo di decadimento a distanza di circa 6 metri l’uno dall’altro.

Ogni anello contiene blocchi di vetro al piombo forniti di fotomoltiplicatore ( da 160 a 256 secondo il diametro dell’anello) che devono operare sotto vuoto. Opportune flange con connettori passanti a tenuta di vuoto permettono il passaggio dell’alta tensione per i fototubi, dei segnali in uscita dai fototubi e di fibre ottiche per impulsi luminosi di calibrazione.

La Fantini ha fornito i primi 5 Tubi da vuoto ( ad esclusione della strumentazione interna) corredati di relativi accessori di sollevamento e attrezzature per la rotazione. È in corso la fornitura di altri 4 Tubi da vuoto di diametro maggiore i quali alloggeranno un numero più elevato di blocchi di vetro al piombo forniti di fotomoltiplicatore.

La struttura degli Anti dell’esperimento NA62 è costituita da tubi da vuoto che devono garantire la posizione dei cristalli, mantenendo la loro posizione geometrica. In ognuno di questi tubi da vuoto è garantito un basso livello di perdita dell’oggetto, tale obiettivo è raggiungibile applicando un controllo ad alto livello tecnologico su tutto il ciclo di costruzione dell’oggetto, particolare attenzione viene rivolta alla scelta del materiale, ai procedimenti di saldatura e alla elevata qualità delle lavorazioni meccaniche.

L’idea del rilevatore cilindrico GEM è stata testata per la prima volta con un piccolo prototipo ( 7 cm di raggio e 24 cm di lunghezza) ( 22).
I risultati molto positivi ottenuti con il prototipo hanno preparato la strada alla costruzione di un prototipo a grandezza naturale per il primo strato dell’IT. Da allora l’attività R&D per il rilevatore finale si è focalizzata su tre elementi: la realizzazione ed il test del prototipo cilindrico GEM a grandezza naturale, lo studio dettagliato dell’unità di lettura XV, realizzato su piccole camere piane dedicate per semplicità e per ragioni economiche e la realizzazione di grandi fogli GEM basata sulla nuova tecnologia a maschera singola.

Fantini ha contribuito all’assemblaggio finale di uno strato CGEM che è stato realizzato per mezzo del Sistema di Inserimento Verticale ( VIS), un attrezzo che consente un inserimento agevole e sicuro degli elettrodi cilindrici uno dopo l’altro. Il sistema è progettato per permettere un allineamento preciso degli elettrodi cilindrici lungo l’asse verticale.

L’elettrodo in basso è fisso mentre quello più in alto è leggermente mosso verso il basso da un motore a passo manuale accoppiato ad un riduttore. L’operazione è realizzata con l’aiuto di 3 piccole web-cam posizionate a 120 gradi l’una dall’altra intorno all’elettrodo cilindrico in alto, in modo da permettere il monitoraggio della distanza radiale tra gli elettrodi (2-3 mm tipicamente).
La rotazione su e giù dell’attrezzatura assemblata permette una facile sigillatura su entrambi i lati.

Componenti meccanici in rame elettrolitico per il nucleo del criostato per condizioni “ultra-fredde” dell’esperimento neutrinico CUORE.

L’esperimento CUORE è frutto della collaborazione tra trenta istituzioni scientifiche e di ricerca in Italia, USA, Cina, Spagna e Francia ed è installato nelle profondità del laboratorio sotto il Gran Sasso di proprietà dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), ove l’enorme nucleo di roccia della montagna fornisce una schermatura totale contro le radiazioni cosmiche. Il volume interno utile dell’esperimento è pari ad 1 metro cubo ed opera ad una temperatura stabile di 6 millikelvin (pari a -273,144°C), ovvero a soli 6 millesimi di grado sopra lo zero assoluto (-273,15°C): esso è, a tutti gli effetti, “il metro cubo più freddo dell’intero Universo”.

L’obiettivo dell’esperimento CUORE è quello di creare le condizioni per l’osservazione del rarissimo fenomeno del “doppio decadimento beta senza emissione di neutrini”, necessario per determinare la massa dei neutrini e, più in generale, investigare l’asimmetria tra materia ed antimateria nell’Universo.

L’INFN ha commissionato alla Fantini Sud la realizzazione della piastra massiccia in rame elettrolitico puro NOSV di supporto dei rivelatori di radiazioni (cristalli di ossido di tellurio), dei relativi schermi superiore ed inferiore e di vari componenti di separazione ed ancoraggio.

I semi-lavorati in rame elettrolitico hanno dovuto essere lavorati esternamente ed internamente con ristrettissime tolleranze meccaniche, in tempi contingentati (per ridurre l’esposizione del materiale alle radiazioni ambientali), in condizioni di pulizia assoluta ed utilizzando specifici utensili e lubrificanti (olio d’oliva puro) per evitare qualsiasi forma di contaminazione dei componenti finiti.
Il controllo della qualità per la produzione di tali componenti è stato esercitato ai massimi livelli.

L’esperimento ATLAS studia le collisioni protone-­‐protone originate al collisionatore adronico LHC del CERN di Ginevra, a valori ‘record’ di luminosità (1034) e di energia dei fasci (14TeV), ai quali si arriverà, per passi successivi.

L’apparato ATLAS ha una struttura a ‘shell’ costituita da diversi tipi di rivelatori, disposti con simmetria cilindrica intorno all’asse dei fasci. Ogni rivelatore ha una funzione specifica ed è in genere in grado di rivelare una determinata famiglia o tipo di particelle.

Vicino al vertice di interazione vi è il tracciatore di particelle cariche, successivamente i calorimetri elettromagnetico ed adronico e infine vi è lo spettrometro di muoni, che ha anche la funzione di fornire il trigger di primo livello per tutti gli eventi contenenti muoni nello stato finale.

La Fantini ha fornito i componenti per la realizzazione di n.3 Stiff_Frames (disegno INFN-Frascati) facenti parte dell’attrezzatura per la costruzione dei pannelli di Drift delle camere Micromegas per l’upgrade delle Small Wheel dell’Esperimento ATLAS al CERN di Ginevra .

Le lavorazioni meccaniche dei componenti eseguite da Fantini hanno permesso di raggiungere le specifiche di planarità di 100 miccron previste dal progetto, l’assemblaggio degli Stiff_Frames è stato eseguito dal personale INFN nella Camera Pulita dei Laboratori Nazionali di Frascati.

Nel sito di Magurele, Romania, ospiterà un laser di altissima intensità e potenza da 10 PW con intensità dell’ordine di 1023–1024 W/cm2, e una sorgente di raggi gamma realizzata mediante back-scattering Compton.

Le applicazioni riguardano esperimenti di fi sica nucleare: reazioni fotonucleari, fi sica nucleare esotica e astrofisica.

L’Italia, con il CNR, l’INFN e il Sincrotrone Trieste, partecipa attivamente all’iniziativa sin dalle prime fasi e oggi fa parte del primo gruppo di paesi membri di ELI, insieme a Romania, Repubblica Ceca, Ungheria, Germania e Gran Bretagna. In particolare l’INFN sta coordinando il consorzio Euro Gamma-S, che coinvolge 12 partner tra istituti e aziende europei, per la realizzazione della sorgente gamma a elevata intensità in Romania e collabora attivamente con ELI-Beamlines sulla produzione di sorgenti secondarie di protoni per uso medicale (ELIMED).

La Fantini ha contribuito all’esperimento fornendo varie tipologie di componenti meccanici destinati ai moduli M1, M2, M3 del ELI-NP GAMMA BEAM SYSTEM.

La fornitura ha riguardato un primo lotto di n. 6 Pedestal support con la relativa meccanica di centraggio e accoppiamento. Inoltre sono stati realizzati i gruppi ruote necessari alla movimentazione dei moduli (sotto assiemi); sempre relativamente alla movimentazione dei moduli l’azienda ha realizzato attrezzature di sollevamento.

A completamento di questa prima parte della fornitura sono stati realizzati dei supporti per elementi magnetici, per camere da vuoto e per elementi di diagnostica dei fasci di particelle.

Il secondo lotto di fornitura destinata alla sezione INFN di Ferrara ha riguardato anche in questo caso n. 4 Pedestal Support e la relativa meccanica di centraggio e accoppiamento.

Il nuovo impianto ESS (European Spallation Source) è in fase di realizzazione a Lund, in Svezia, trattasi di un acceleratore di particelle che consentirà l’analisi, la caratterizzazione ed il collaudo di materiali (metallici e non) utilizzando tecniche di spettroscopia neutronica ad altissimo flusso.

Il nuovo impianto è considerato strategico per mantenere l’Europa in posizione di punta nel settore della ricerca e sviluppo di materiali innovativi per l’applicazione nei settori industriali manifatturiero, farmaceutico, chimico ed energetico.

In tale ambito l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) sta curando la progettazione e realizzazione di varie sezioni della parte non superconduttiva dell’acceleratore: sorgente di protoni, Radio Frequency Quadrupole e Drift Tube Linac.
Nella successiva fase di costruzione INFN estenderà il suo contributo anche alle cavità superconduttive della sezione ad alta energia dell’acceleratore.

La Fantini Sud ha realizzato per INFN il meccanismo di movimentazione ed allineamento di precisione del generatore (alimentato ad altissima tensione) facente parte della sorgente di protoni.

Il meccanismo è in grado di bilanciare esattamente il peso del generatore supportato per favorirne l’allineamento con gli altri componenti della sorgente ed è installato all’interno di un cubicolo di schermatura idoneo alla protezione per le altissime tensioni.

La forma costruttiva della slitta ha anche lo scopo di semplificare e velocizzare le operazioni di manipolazione, controllo ed allineamento svolte da operatori, onde ridurne l’esposizione fisica ai fini della radioprotezione.
La slitta è realizzata in leghe d’alluminio ed in acciaio inossidabile, mentre la flangia di collegamento con il generatore è di ferro puro (lega ARMCO).

Descrizione della fornitura
Su mandato dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – Laboratori del Sud di Catania – è stata realizzata la camera PMQ per l’apparato radio-terapico ELIMED. Si tratta di una camera in alto vuoto ospitante i magneti divertori che alimenterà il laboratorio di radioterapia oncologica (adronoterapia) ELIMED presso l’istituto di ricerca ELIBeams a Praga (Repubblica Ceca). La camera – del volume di 900 litri – è realizzata in acciaio inossidabile e lega d’alluminio ed opererà in alto vuoto (1×10-6 mbar) per effetto di una pompa turbo-molecolare. Oltre ai dispositivi di tenuta, la camera ospita i servo-meccanismi di precisione necessari per il posizionamento ed il ritiro dei magneti divertori che prelevano, deviano e focalizzano il sottilissimo fascio di particelle generate in un’altra camera sotto vuoto collegata (Elimaia Interaction, anch’essa di costruzione della Fantini Sud direttamente per conto di ELIBeams) all’interno di un nuovo laboratorio per la fisica delle altissime energie.

Descrizione dell’esperimento
L’esperimento ELIMAIA è uno dei nuovissimi filoni nella ricerca sull’interazione tra materia ed altissime energie generate da sorgenti laser pulsate tra le più potenti mai costruite. L’interazione tra la materia ed il fascio laser consentirà all’apparato ELIMED la focalizzazione di un fascio di particelle cariche estremamente sottile ma potente, in grado di essere convogliato con enorme precisione e selettività in zone del corpo umano delicate e sensibili (es. cervello e tessuti nervosi) per il trattamento di formazioni oncologiche.

Descrizione della fornitura
Per l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare sono state realizzate le seguenti attrezzature destinate all’esperimento Padme ed installate presso i Laboratori Nazionali dell’INFN di Frascati.
La fornitura riguardava la realizzazione del ‘’VACUUM TANK’’ dell’esperimento PADME e si compone di n. 1 camera da vuoto di circa 1 m3 di volume, realizzata in due parti accoppiate insieme rigidamente a formare un’unica struttura con consistenza meccanica adatta a sopportare a pressione atmosferica esterna. Supporti meccanici idonei a gestire la camera durante le fasi di assemblaggio, test e installazione e attrezzature di sollevamento per rendere possibile l’uso del carroponte durante le fasi di trasporto. La fornitura è stata gestita in conformità alla Direttiva Macchine 2006/42/CE e nel rispetto della gestione qualità ISO 9001 e nella prima fase della commessa è stata prodotta una relazione tecnica contenente i calcoli e le verifica strutturali dell’intera struttura (camere e supporti) secondo le normative vigenti.

Descrizione dell’esperimento
L’esperimento Padme funziona grazie ad un apparato di misura piccolo, ma estremamente preciso, in grado di osservare la produzione di fotone oscuro in collisioni di elettroni e anti-elettroni, chiamati positroni. L’esperimento è installato nella sala sperimentale della
struttura di test (BTF) dell’acceleratore lineare dei LNF che accelera positroni “sparandoli” su un bersaglio di diamante. Interagendo con gli elettroni atomici, i positroni potrebbero produrre i “fotoni oscuri” assieme ad un fotone visibile. Per funzionare, l’esperimento ha bisogno di un campo magnetico sviluppato da un magnete realizzato al CERN Super-Proto-Sincrotrone. Il calorimetro di PADME è composto da circa 600 cristalli scintillanti inorganici e fornirà una misura precisa delle caratteristiche del fotone visibile da cui è possibile estrarre preziose informazioni sull’esistenza e sulla massa del fotone oscuro. PADME è una collaborazione internazionale che coinvolge ricercatori dell’istituto MTA Atomki di Debrecen, Ungheria, dove già sono stati svolti esperimenti sul “dark photon” e dell’Università di Sofia, in Bulgaria, che si occuperà dei rivelatori a barre scintillanti. Sono anche membri della collaborazione Cornell University, Iowa University e William and Mary College.

Descrizione della fornitura
Per l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è stata realizzata la seguente attrezzatura destinata all’esperimento Mu2e. La fornitura riguardava la realizzazione della Struttura meccanica del calorimetro, un componente realizzato partendo da una lamiera di alto spessore di Alluminio il quale dopo opportuno taglio ad acqua è stato lavorato su una macchina utensile a controllo numerico.
La fornitura è stata gestita in conformità agli standard richiesti dal committente.

Descrizione dell’esperimento
Il calorimetro dell’esperimento Mu2e è costruito da 1348 cristalli scintillanti divisi in due “ciambelle” alte 1.60 m e ottimizzate per identificare elettroni, probabilmente la più famosa tra le particelle. Mu2e cerca un processo di conversione di un muone (una sorta di fratello maggiore dell’elettrone) in elettrone. Nel viaggio dell’elettrone all’interno dei cristalli del calorimetro, si producono fotoni in modo proporzionale all’energia dell’elettrone di partenza, finché l’elettrone non si
arresta all’interno del rivelatore stesso. Ovvero, maggiore è l’energia rilasciata nel cristallo, tanto più è grande la sua luce di scintillazione.

Descrizione della fornitura
La fornitura era composta da:
– N° 5 serbatoi in AISI 304L con tappi di chiusura e raccordi per canale di raffreddamento
– N° 1 serbatoio in AISI 316L con tappi di chiusura e raccordi per il canale di raffreddamento
– N° 50 spessori per il posizionamento dei moduli sull’assemblaggio finale.
Ogni serbatoio ha un diametro interno di 754,14 mm, che verrà poi elettrodeposto con 0,07 mm di rame.
La pressione di esercizio del RFQ è di 10-⁸mbar.

Descrizione dell’esperimento
L’RFQ SPES è stato progettato per accelerare fasci di isotopi esotici in CW con rapporti A/q da 3 a 7.
L’obiettivo principale di questo progetto è quello della comprensione dell’origine degli elementi presenti nell’Universo. Questo è un compito molto ambizioso e complesso che richiede lo studio delle caratteristiche dei nuclei instabili (radioattivi) attraverso i loro decadimenti e le interazioni nucleari di diverso tipo.
Il progetto SPES, si basa sulla produzione di fasci radioattivi attraverso il metodo ISOL, ovvero attraverso l’impatto di un fascio di protoni ad alta intensità (energia pari a 40 MeV e corrente di 200 μA) su un bersaglio diretto UCx. In questo modo si possono produrre fino a 10¹³ fissioni al secondo originando fasci di isotopi radioattivi ricchi di neutroni che possono raggiungere sul bersaglio intensità pari a 10⁹ particelle per secondo.
L’RFQ è composto da 6 moduli lunghi circa 1,2 m ciascuno. Ogni modulo è composto essenzialmente da un serbatoio in SS AISI 304L e da quattro elettrodi in rame OFE (ottenuti per brasatura di due sottoinsiemi). Sulla superficie interna del serbatoio viene placcato uno strato di rame e viene utilizzato un giunto a molla tra il serbatoio e l’elettrodo per sigillare la RF.

Descrizione della fornitura
Nell’ambito della collaborazione GSI-INFN è previsto il supporto INFN ai test dei magneti dell’acceleratore SIS100 della facility FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research, Darmstadt). La linea di test per i moduli del quadrupolo dell’acceleratore SIS 100 di FAIR consiste in un sistema di criostati coassiali che si accoppiano al criostato del modulo dei magneti superconduttori e ne gestiscono le connessioni elettriche e idrauliche per consentire il raffreddamento a – 269°C.

Descrizione dell’esperimento
Il sistema è composto da una Feed Box collegata alle linee del gas (caldo e freddo) e al criostato aperto del modulo, una End Box su carrello mobile per la chiusura posteriore dei criostati orizzontali, un carrello centrale per l’ancoraggio e il posizionamento del quadrupolo, un sistema di binari scorrevoli lungo circa 9,5 metri.
Il criostato orizzontale lavora nel vuoto, a pressioni di P≈10-⁷ mbar, e con esso sia il Feed Box che l’End Box condividono lo stesso vuoto isolante. Pertanto, le superfici di questi componenti sono compatibili con gli ambienti a bassa pressione (UHV).
Gli schermi radiativi a temperatura intermedia in AW sono stati ricoperti con diversi strati di superisolante in alluminato di mylar (MLI), al fine di ridurre adeguatamente il carico dovuto alla radiazione.
I circuiti criogenici di He sono situati all’interno del vuoto dei criostati, quindi devono garantire una tenuta stagna verso l’esterno: a tal fine, sono stati previsti adeguati test di pressione e di vuoto per garantire la tenuta dei circuiti criogenici

Descrizione della fornitura
Fantini Sud ha progettato, realizzato e installato presso i Laboratori INFN-LNS il Ribaltatore del Ciclotrone superconduttore. Il Ribaltatore ha la funzione di far compiere al Polo Superiore del C.S. un’inclinazione completa (180° intorno a un asse orizzontale) per consentire agli operatori, alle lavorazioni e all’assemblaggio sui due lati (mentre il Polo è ad asse verticale) di effettuare l’upgrade del C.S.
È costituito principalmente da una parte fissa, composta da due telai triangolari con gli azionamenti e due traverse; da un gruppo rotante composto da due telai di presa del Polo e da un quadro elettrico.
Sono inoltre presenti due piattaforme scorrevoli con i relativi telai di supporto, una scala di accesso e vari parapetti.
Le principali caratteristiche del prodotto trattato sono:
– diametro esterno del Polo pari a 3806 mm;
– spessore della parte più pesante 540 mm;
– peso del polo ~47,5t- peso del polo ~47,5t

Descrizione dell’esperimento
L’obiettivo finale del progetto è il potenziamento dell’infrastruttura di ricerca dell’INFN-LNS, finalizzato ad aumentare l’intensità, di circa due ordini di grandezza rispetto al valore massimo attuale, di fasci di ioni con numero di massa inferiore a 40 ed energie comprese tra 15 e 70 MeV/a.m.u., da utilizzare in esperimenti di Fisica Nucleare per lo studio di fenomeni rari. Per questo scopo, è stata realizzata un Ribaltatore per le operazioni di rotazione del polo superiore del Ciclotrone Superconduttore situato presso i Laboratori INFN-LNS durante le fasi di upgrade della suddetta macchina acceleratrice

FTU è una macchina tokamak di medie dimensioni con un elevato campo magnetico toroidale di 80.000 Gauss. La generazione di un così elevato campo magnetico richiede il passaggio negli avvolgimenti toroidali di una corrente continua di 37.800 Ampere per 1.5 secondi. Poiché tutti gli avvolgimenti di FTU sono bobine di rame, al fine di evitarne il danneggiamento, è necessario abbassare la loro resistività in modo da diminuire drasticamente la dissipazione per effetto Joule.

L’unica possibilità è di tenerle costantemente alla temperatura di lavoro dell’azoto liquido, pari a circa -196 °C. FTU, pur essendo un tokamak di medie dimensioni, ha una notevole complessità e richiede un numero elevato di sistemi ( o sottoimpianti) per il suo funzionamento. Tali sotto-impianti, spesso di grandi dimensioni, sono fisicamente installati sia nell’edificio che ospita il “toro” ( ovvero il nucleo centrale costituito dalla camera da vuoto e gli avvolgimenti toroidali e poloidali) sia in vari altri edifici dislocati intorno a questo.

Per il Centro Ricerche ENEA di Frascati (RM) sono state costruite due attrezzature per il remote handling sulla macchina Frascati Tokamak Upgrade ( FTU).

IVROS – In Vessel Remote Operating System
Si tratta di una struttura utilizzata per lo smontaggio dei LIMITER ovvero di quelle piastre che realizzano lo strato protettivo interno delle pareti della camera da vuoto della macchina da fusione. Tali piastre possono essere danneggiate localmente in caso di defezione nel confinamento magnetico del plasma per cui se ne rende necessario lo smontaggio e la sostituzione.

MULTI-LINK
Si tratta di una struttura mobile, scorrevole su apposite guide, studiata per consentire l’inserimento all’interno della camera di FTU di un manipolatore con a bordo attrezzature per l’ispezione visiva e per le varie misurazioni da effettuare durante la vita della macchina.

Bersaglio multiplo per la caratterizzazione dell’interazione del rame elettrolitico OF con neutroni nello spettro energetico della fusione nucleare

Lo sviluppo della progettazione dei nuovi prototipi dei reattori a fusione del tipo destinato alla futura produzione di energia elettrica su scala industriale richiede, tra l’altro, l’approfondimento delle caratteristiche fisiche e meccaniche, delle prestazioni e della durevolezza dei materiali necessari nelle peculiari condizioni di processo. Tali ricerche sperimentali sono necessarie in quanto le caratteristiche fisiche e nucleari della reazione di fusione sono molto diverse da quelle delle varie tipologie di reattori a fissione ed, inoltre, alcuni specifici materiali scarsamente utilizzati fino ad ora nell’industria nucleare di potenza trovano ora un esteso sviluppo nella fusione.

Il rame elettrolitico rientra in tale categoria di materiali di nuovo utilizzo e risulta pertanto necessario estendere ed approfondire le sue caratteristiche nell’interazione con i neutroni avente lo spettro energetico proprio dei reattori a fusione di nuova generazione: sezioni d’assorbimento neutronico, tolleranza al danneggiamento, durabilità, deriva della caratteristiche termiche e meccaniche.

Nell’ambito di un progetto di ricerca europeo l’ENEA ha commissionato alla Fantini Sud la realizzazione di un bersaglio multistrato del peso di oltre 2200 kg realizzato con 7 lastre massicce in rame elettrolitico puro con grado OF (oxygen free = privo d’ossigeno), supportate da un telaio in alluminio idoneo ad essere installato su di una struttura orientabile.

Ogni lastra, realizzata a tolleranza meccanica, contiene al suo interno dei cilindri estraibili porta-rivelatori per la misura delle interazioni tra neutroni e rame; le lavorazioni meccaniche estremamente accurate hanno consentito di riprodurre esattamente l’assetto geometrico previsto e di evitare la presenza ed il disturbo dell’aria all’interno del volume di prova.

Gli anelli di pre-compressione saranno una delle strutture composite più stimolanti mai prodotte. Con un peso di oltre 3 tonnellate ognuna, esse sosterranno gli induttori toroidali di ITER dall’alto verso il basso con un carico radiale di 7.000 tonnellate per induttore e resistendo allo stress di sollecitazione del premilamiera di 350 MPa per anello.

Dieci anni di R&D dei laboratori italiani dell’ENEA ( Frascati), secondo gli accordi con l’Agenzia Europea per lo Sviluppo della Fusione ( EFDA), the European Domestic Agency ed i contratti diretti con l’Organizzazione ITER, hanno recentemente portato ad una conclusione.
Il lavoro svolto dal team di ENEA ha identificato due processi di fabbricazione adatti per gli anelli e sviluppato metodi applicabili di esami non distruttivi attraverso i raggi X e gli ultrasuoni.

Il team italiano inoltre ha completato la totale caratterizzazione meccanica del composito fibra di vetro/epoxy a temperatura ambiente e di utilizzo permettendo una ottimizzazione finale del disegno dell’anello ed ha determinato l’ultimo stress di trazione ( UTS) di 6 anelli modello ( in media 1500 MPa) su una macchina a progettazione speciale che, con 18 estrattori idraulici indipendenti, simula la configurazione dei 18 induttori toroidali.

ITER sarà il più grande esemplare di tokamak ( apparecchiatura per fusione nucleare) mai costruito.

La Fantini Sud ha realizzato la struttura meccanica destinata a comporre la macchina utilizzata per le prove di resistenza e rilassamento degli anelli di precompressione in scala ridotta per i magneti di ITER.

Descrizione della fornitura
All’Istituto Helmholtz di Jena vengono utilizzati due laser ad alta potenza (Polaris e Jeti 200). L’obiettivo è sviluppare nuovi tipi di particelle energetiche e sorgenti di luce.
La camera TAF è alimentata con i fasci laser dei sistemi JETi 200 e POLARIS per eseguire esperimenti (ad esempio, accelerazione di elettroni). Per eseguire tali esperimenti è necessario un vuoto <2*10-⁶ mbar. Fantini Sud ha progettato, prodotto e installato la camera da vuoto TAF presso il laboratorio di Jena. La camera ha una struttura portante modulare saldata in acciaio inox AISI304L, completamente rivestita con pannelli di accesso in lega di alluminio 6082-T6. La camera da vuoto TAF è composta da 5 telai collegati tra loro con flange a portale; le sue dimensioni finali sono: 5816 x 2490 x 2470 mm. Per evitare la deformazione del telaio della camera causata dal pompaggio verso il basso e l'influenza delle vibrazioni della pompa del vuoto sui sensibili gruppi ottici della breadboard, quest'ultima è stata progettata come un pavimento disaccoppiato, i cui piedi poggiano su un telaio separato dalla camera da soffietti. Per garantire la massima stabilità del supporto dello strumento, il tavolo ottico e la sua struttura indipendente hanno una frequenza di vibrazione intrinseca di oltre 150 Hz, che ha portato a componenti estremamente robusti e massicci.

Descrizione della fornitura
La barriera di sicurezza del monolite è composta da diversi sottosistemi, uno dei quali è il Neutron Beam Extraction System (NBEX), la cui funzione è quella di guidare i neutroni dal bersaglio alla stazione strumentale finale all’esterno del bunker, dove verranno eseguiti gli esperimenti. Il sistema di estrazione del fascio di neutroni (NBEX), a sua volta, è composto da diversi sottosistemi, come il Neutron Beam Port Insert (NBPI)
I Neutron Beam Port Inserts (NBPI) sono costituiti essenzialmente da un corpo di base e da un coperchio fresati. I neutroni entrano attraverso la finestra neutronica anteriore, vengono guidati attraverso la guida neutronica (NBOA) e lasciano l’NBPI attraverso la finestra neutronica posteriore in direzione delle stazioni finali. L’NBPI si riscalda a causa dell’irraggiamento: per questo motivo, nei moduli sono integrati due sistemi di raffreddamento per rimuovere il calore, realizzati attraverso diversi fori profondi del diametro di 10 mm nel corpo della base.
La particolarità della fornitura realizzata dalla Fantini è che ogni NBPI è diverso dall’altro, soprattutto per la profondità del canale.
Il progetto NBPI comprende la produzione, la pulizia, il collaudo e la documentazione associata, nonché l’imballaggio, lo stoccaggio intermedio e il trasporto di un totale di 16 NBPI alla ESS di Lund (Svezia). La materia prima è costituita dal materiale 1.4306 con un contenuto di cobalto particolarmente basso (Co < 0,05 % in base alla massa). I requisiti di tenuta sono i seguenti: - Tasso di perdita totale massimo ammissibile per NBPI: qi < 10-4mbar ∙ ls⁄ - Massimo tasso di perdita singolo ammissibile per guarnizione: qs < 10-6mbar ∙ ls Tutte le guarnizioni sono state controllate per verificare l'assenza di perdite e l'uguaglianza del tasso di perdita complessivo. I test di tenuta sono stati eseguiti utilizzando le procedure A1 e A2 secondo la norma EN 1779.

Descrizione della fornitura
Un importante sistema di ESS è il Spallation Target in tungsteno, che rilascia neutroni ad alta energia attraverso il spallation process. Il bersaglio è circondato da uno scudo d’acciaio a forma di monolite cilindrico che protegge dalle radiazioni ionizzanti indesiderate.
I Neutron Beam Port Plugs (NBPP) forniscono una schermatura a valle della direzione del fascio di neutroni. La loro funzione è quella di chiudere le porte inutilizzate che possono essere utilizzate per una futura espansione.

Ogni NBPP è lungo circa 3,5 m e pesa circa 5 tonnellate.
Il progetto NBPP comprende la produzione, la pulizia, i test e la documentazione associata, nonché l’imballaggio, lo stoccaggio intermedio e il trasporto di un totale di 26 NBPP all’ESS di Lund (Svezia).
La materia prima è costituita dal materiale 1.4306 con un contenuto di cobalto particolarmente basso (Co < 0,05 % in base alla massa).

Descrizione della fornitura
ELI Beamlines è una struttura di ricerca europea focalizzata sulla ricerca fondamentale e gestisce 4 sistemi laser ultraintensivi. Ciascuno dei sistemi laser ha caratteristiche e parametri diversi.
ELI Beamlines è composto da 5 sale sperimentali e un laboratorio di biologia avanzata con stazioni terminali per un’ampia gamma di ricerche. I campi di interesse per i ricercatori esterni e interni a ELI Beamlines includono biologia, medicina, fisica, chimica, ingegneria dei materiali, ricerca spaziale e nanotecnologia. Grazie agli impulsi laser ad alta potenza e ultraveloci che i sistemi laser sono in grado di fornire più in profondità la struttura interna delle molecole e i processi che in esse avvengono, il comportamento di virus e altri microrganismi, i principi della protonterapia, nuove materiali e le loro proprietà, l’ambiente nello spazio o le possibilità di accelerazione delle scorie nucleari.

Fantini Sud SpA ha progettato e costruito di N. 6 camere a parallelepipedo per alto vuoto in acciaio inox AISI304L e pannelli in AW 6082-T6 con volume interno da 4 a 19 mc. Ogni camera è stata progettata e testata per operare alla pressione stazionaria di 1×10-6 mbar a temperatura ambiente.
Queste camere ad alto vuoto di grandi dimensioni hanno una configurazione a scatola (anziché rotonda) per la necessità di un’accessibilità diretta alla breadboard interna. La struttura ha dovuto essere progettata con cura a causa delle grandi sollecitazioni sui bordi e dei severi requisiti di precisione dimensionale e rigidità strutturale.
Per quanto riguarda le caratteristiche meccaniche di ogni camera, la deformazione massima di ogni parete ammessa per il vuoto è di 3 mm, ma nelle nostre prove di vuoto abbiamo misurato meno di 1,5 mm.
Per garantire la massima stabilità al supporto della strumentazione, il tavolo ottico e la sua struttura indipendente non devono avere una frequenza di vibrazione superiore a 150 Hz, il che ha portato a componenti estremamente robusti e massicci: il breadboard in alluminio ha uno spessore di 130 mm e una tolleranza di planarità di 0,1 mm su tutto il piano ottico

LHC- Dispositivo “Reaction Tool” per il Magnete Prototipo 11T DS
Nell’ambito del suo programma di sviluppo e potenziamento di medio termine del grande acceleratore di particelle LHC (Large Hadron Collider), il CERN sta collaborando con il FNAL (Fermi National Accelerator Laboratory in USA) per lo sviluppo di un magnete dipolo superconduttore ad altissimo campo magnetico e la convalida di fattibilità della tecnologia Nb3Sn nel campo delle altissime energie.
Per la realizzazione di un prototipo di magnete Nb3Sn lungo 5,5 m è necessario disporre di speciali stampi compositi per la formatura, il trattamento termico, l’impregnazione, la protezione e la manipolazione del nucleo superconduttore.

Il CERN ha commissionato alla Fantini Sud la realizzazione dello stampo (chiamato Reaction Tool) per la formatura ed il trattamento termico del nucleo. Trattasi di un componente meccanico di altissima precisione costituito da 145 parti meccaniche in acciaio inossidabile, tutte trattate con un ciclo termico di distensione sotto vuoto e realizzate con strettissime tolleranze di lavorazione.
Le varie parti componenti sono state progettate per garantire la totale intercambiabilità con quella dell’altro stampo d’impregnazione, al fine di consentire l’operazione di permutazione dall’uno all’altro senza alcuna sollecitazione meccanica a carico del delicatissimo nucleo superconduttore.

Tavola d’assemblaggio e ribaltamento per dispositivi “Reaction Tool” ed “Impregnation Tool” per il Magnete Prototipo 11T
La tavola è un apparato meccanico di precisione realizzato espressamente a supporto della attività relative ai due stampi di formazione ed impregnazione del nucleo superconduttore del magnete dipolo 11T DS, frutto della collaborazione tra il CERN d Ginevra ed il FNAL (Fermi National Accelerator Laboratory in USA).

La tavola, commissionata dal CERN alla Fantini Sud, è un servo-meccanismo di supporto, manipolazione e rotazione di stampi lunghi 6 metri, supportato da una struttura di base ad elevata rigidità; essa consente le operazioni di assemblaggio, ribaltamento e reciproca permutazione tra le parti dei due distinti stampi di formazione e trattamento termico (Reaction Tool) e d’impregnazione con resina (Impregnation Tool), rispettando stringenti requisiti di limitazione delle sollecitazioni meccaniche a carico del nucleo semi-conduttore in Nb3Sn.

Lo stampo “Reaction Tool” in acciaio inossidabile è stato anch’esso realizzato per il CERN dalla Fantini Sud.
Il banco costituisce anche una postazione di lavoro orientabile per l’esecuzione delle attività intermedie d’ispezione, misurazione laser e deposizione di teli in fibra di vetro sul nucleo.

Per il CERN la Fantini Sud ha fornito un tavolo di assemblaggio e rotazione per dispositivi denominati “Reaction Tool” ed “Impregnation Tool” per il Magnete Prototipo 11T
La tavola è un apparato meccanico di precisione realizzato espressamente a supporto della attività relative ai due stampi di formazione ed impregnazione del nucleo superconduttore del magnete dipolo 11T DS, frutto della collaborazione tra il CERN di Ginevra ed il FNAL (Fermi National Accelerator Laboratory in USA). Tale attrezzatura, commissionata dal CERN alla Fantini Sud, è un servo-meccanismo di supporto, manipolazione e rotazione di stampi lunghi 6 metri, supportato da una struttura di base ad elevata rigidità; essa consente le operazioni di assemblaggio, ribaltamento e reciproca permutazione tra le parti dei due distinti stampi di formazione e trattamento termico (Reaction Tool) e d’impregnazione con resina (Impregnation Tool), rispettando stringenti requisiti di limitazione delle sollecitazioni meccaniche a carico del nucleo semi-conduttore in Nb3Sn.

Descrizione della fornitura
Per il CERN la Fantini Sud ha fornito numerose parti meccaniche di alta precisione per il montaggio di un dispositivo di reazione per il trattamento termico delle bobine Nb3Sn del progetto relativo ai magneti ad 11 Tesla. Le parti realizzate erano
in acciaio inossidabile di grado 1,4404 (AISI 316L). Ogni parte realizzata è stata sottoposta a controlli dimensionali accurati, tali ispezioni dimensionali sono state svolte su macchina di misura CMM ed alcuni componenti di grandi dimensioni sono stati misurati mediante un Laser Tracker.

Descrizione dell’esperimento
Il Large Hadron Collider (LHC) è l’acceleratore più recente costruito sul sito del CERN. La macchina LHC accelera e si scontra con protoni ma anche con ioni più pesanti, fino al piombo. È installato in un traforo di circonferenza di 27 chilometri, circa 100 m. sotterranei. Il design LHC è basato su un superconduttore a doppia apertura Cryo-magneti che operano in un bagno di elio superfluido a 1,9 k. Alta Luminosità LHC (HL-LHC) è un progetto che mira ad aggiornare il Collider LHC al fine di mantenere il progresso scientifico e sfruttare la sua piena capacità.
I collimatori sono installati nel Large Hadron Collider (LHC) per intercettare e assorbire le perdite del fascio. Al fine di far fronte alle intensità, che sarà più grande del nominale nel progetto ad alta luminosità LHC (HL-LHC), i collimatori addizionali saranno installati nelle regioni del soppressore di dispersione (DS) di LHC nella posizione dei dipoli di piegatura principali selezionati di 14,3 m, 8,3 t NB-ti (MB). Ciascun MB in questione sarà sostituito da un gruppo completo di dipolo da 11 t composto da due magneti a dipolo Nb3Sn da 11, 5,5 m, installati simmetricamente attorno al centro del MB sostituito, e da un bypass criostato.

Descrizione della fornitura
Per il CERN la Fantini Sud ha fornito totale 24 unità di assemblaggio meccanico, note come Central Spacer Frames, per l’aggiornamento di ATLAS New small wheel. L’unità di montaggio è un’attrezzatura composta da lamiere lavorate in Alluminio con interfacce molto precise di spessore 45 mm. L’oggetto finito ha una dimensione di circa 4 metri x 2 metri e comprende principalmente parti realizzate in lega di alluminio standard con alcuni componenti di connessione costruiti in acciaio inossidabile.
Sono stati realizzati n. 2 tipologie di Spacer Frames, la tipologia denominata “Small Sector Spacer Frames” e la tipologia denominata “ Large Sector Spacer Frames”. Essi sono diversi solo per la loro geometria ma non per la loro funzionalità.

Descrizione dell’esperimento
L’obiettivo del progetto New Small Wheel (NSW) Upgrade di Atlas è quello di sostituire la stazione più interna del sistema con nuovi rivelatori durante la prossima chiusura nel 2019/20.
Per il rilevamento, monitoraggio e misurazione, saranno utilizzati due differenti tecnologie di rivelatori: struttura gassosa MicroMesh (Micromegas, o MM) e piccola striscia sottile Gap Chambers (sTGC). Entrambi sono in grado di operare sotto le alte capacità di ratei durante l’esercizio futuro di LHC. Cunei trapezoidali che compongono il rivelatore (“settori NSW”) sono di due dimensioni: settori “Large” e “Small” e saranno montati su una ruota, simile alla struttura.
Le due nuove ruote hanno una geometria del disco con un diametro di circa 10 metri.

Descrizione della fornitura
Per il CERN la Fantini Sud ha fornito n. 2 dischi del nuovo NJD DISK (uno per lato A ed uno per il lato C), che costituiscono una parte della struttura di supporto meccanico dell’assemblaggio della New Small Wheel.
Il disco NJD è una parte della struttura meccanica del New small wheel, il suo scopo è triplice: a) serve da scudo al rilevatore di campo magnetico dovuto al campo di restituzione prodotto dal solenoide superconduttore dell’esperimento, b) serve da scudo al rilevatore dalla radiazione a causa di particelle cariche, c) fornisce il supporto meccanico al rivelatore insieme ad una struttura di alluminio imbullonato ad esso. Il disco NJD è composto da singoli elementi lavorati in acciaio al carbonio. Essi sono assemblati al fine di formare un assemblato finale a forma di disco. Le piastre hanno una forma di settori circolari di diverse dimensioni e spessori. Il disco NJD ha un diametro massimo di quasi 9 metri. La fornitura ha previsto le seguenti attività:
La produzione di tutti i componenti, il pre-montaggio in orizzontale di ognuno dei 2 dischi NJD, la progettazione, la fabbricazione delle strutture di supporto ausiliarie per le operazioni di pre-montaggio orizzontale ed infine il trattamento superficiale e la protezione delle superfici identificate.

Descrizione dell’esperimento
L’obiettivo del New Small Wheel (NSW) progetto di aggiornamento di ATLAS è quello di sostituire la stazione più interna del sistema con un nuovo rivelatore durante il successivo lungo arresto.
Il nuovo rivelatore, come la presente Small Wheel, ha una geometria a disco con un diametro di circa 10 metri. Per il rilevamento di particelle, tracking e innescare esso, si utilizzano due tecnologie di diversi rivelatori, MicroMesh Gaseous Structure (Micromegas) e Small Strip Thin Gap Chambers (sTGC). Entrambi sono in grado di operare sotto le soglie di alta priorità previste durante l’esercizio futuro di LHC. Una parte centrale di ciascuna delle due New Small Wheel è il cosiddetto disco NJD, costituito da lastre di acciaio strutturale.

Nell’ambito del programma di cooperazione a livello europeo per le attività della ricerca sulla fusione a confinamento magnetico, il programma sperimentale che si sta portando avanti presso l’impianto JET ( Joint European Torus) del UKAEA Culham Science Centre di Oxford ha l’obiettivo di dimostrare la fattibilità tecnica e scientifica della produzione di energia dalla fusione di atomi leggeri.

L’impianto JET, per il quale è stata realizzata la struttura di sostegno dell’antenna che provvederà al riscaldamento del plasma mediante la radiofrequenza, è una macchina prototipo in scala rispetto alla futura macchina ITER; quest’ultima, con una potenza totale di circa 500 MW, sarà la prima macchina da fusione a produrre energia termica in quantità paragonabile ad un reattore commerciale.

La struttura costruita per il JET è realizzata interamente di acciaio inox AISI 316 L ed è composta dai seguenti elementi principali:

• Trolley: si tratta di un carrello dotato di due appendici sulle quali verrà fissata l’antenna.
• Guide e ruote: sul carrello sono fissati due gruppi ruote, uno per lato, che consentono al carrello di assecondare il movimento dell’antenna, entro certi limiti, in caso di vibrazioni di questa dovuti a eventuali disrupzioni del plasma ( urti contro le pareti della camera di reazione).
• N° 2 smorzatori aventi la funzione di contrastare le forze del vuoto della camera dove è installata l’antenna.
• N° 2 cilindri pneumatici per contrastare le variazioni di pressione atmosferica entro +/- 10 Kn.

Inoltre è stato realizzato un bilancino per la movimentazione dell’insieme trolley – antenna e le attrezzature di taratura degli smorzatori e della struttura, simulando le forze in gioco durante il normale funzionamento.

Wendelstein-7X, in costruzione presso il Max Planck Institute for Plasma Physics a Greifswald, sarà nel 2014 il più grande e avanzato reattore del tipo Stellarator.

Il principale obiettivo di questo progetto è di investigare sull’applicazione di questa configurazione ai futuri impianti di potenza. L’ottimizzazione del campo magnetico generato da magneti superconduttivi modulari, consentirà al W7-X di dimostrare la principale caratteristica di queste macchine: la possibilità di operare sul plasma in regime stazionario.

Rilievi per la preparazione dei cianfrini, manipolazione e saldatura in opera dei 254 Port (penetrazioni nel Plasma Vessel), hanno richiesto la realizzazione delle Rampe, apparecchiature appositamente concepite per allineare con precisione masse rilevanti, manovrando nei ristretti spazi geometrici consentiti dai molteplici sistemi già installati.

Dotate di 10 o più gradi di libertà, con movimenti controllati in grado di compensare le deformazioni elastiche dei materiali, le Rampe hanno guidato i Port in tutte le direzioni: supportate dal Bridge al di sopra del W7-X; o mobili sotto l’Outer Vessel su cuscini d’aria o ruote, tra basamento, strutture temporanee e barre del Bus; a bordo dei Tower, infine, per i grandi Port della zona equatoriale.

Particolari tecniche d’installazione e attrezzature ancillari sono correntemente testate con i prototipi dei delicati Current Lead, i superconduttori ad alta temperatura ( HTS) che nel W7-X hanno l’estremità fredda in alto.
Altre tecniche sono allo studio per estendere l’uso delle Rampe alla manipolazione e installazione delle Dome-Sections, le ingombranti
propaggini inferiori dell’Outer Vessel che saranno messe in opera dopo i Current Lead.