SPECIALE RICADUTE TECNOLOGICHE

Micro calorimetria , maxi risultati

I TES (Transition Edge Sensor) sono ancora in fase di studio ma sono oggi una delle frontiere per la spettroscopia di alta precisione nei raggi X. Voleranno nelle prossime missioni spaziali per l’astrofisica, ma le loro grandi qualità possono essere sfruttate anche nella diagnostica medica e nel monitoraggio dei beni culturali.

Sono ancora in fase di studio, nei laboratori dell’INAF-IASF di Roma e del Dipartimento di Fisica dell’Università di Genova, ma sono ad oggi una delle frontiere per la spettroscopia di alta precisione nei raggi X. I TES (Transition Edge Sensor) sono microcalorimetri – una sorta di termometri ultrasensibili – così accurati che basta un fotone, un piccolissimo segnale elettromagnetico, per innescare in essi una transizione radicale: dallo stato di superconduttori a uno stato “nor­male”. Una tecnologia, quella della microcalorimetria criogenica, così d’avanguardia  e “trasversale”, sviluppata in collaborazione con l’INFN, il CNR-IFN di Roma, la Thales  Alenia Space di Milano e l’INAF-IASF di Palermo.

Rispetto ai rivelatori che già si utiliz­zano, i sensori TES si distinguono per l’al­ta risoluzione spettrale, che permette di eseguire spettroscopia ad altissima risolu­zione (circa 2 eV all’energia di 6 keV), unita ad una buona capacità di ima­ging, rapidi tempi di risposta ed altissime efficienze. Non a caso, tali strumenti han­no trovato e continuano a trovare impiego nel campo della fisica delle particelle. Una particolarità dei sensori TES è che queste performance vengono ottenute lavorando a temperature bassissime, prossime allo zero assoluto. Per questo sono stati sviluppati dei sistemi ad hoc per raffreddarli in modo efficiente. Ma non solo. Il team sta anche sviluppando un sistema elettronico speciale per leggere i segnali raccolti da gruppi di rivelatori TES (imaging) senza perturbare la loro temperatura di esercizio. Un connettore elettrico standard avrebbe infatti riversato una quantità di potenza troppo elevata sui rivelatori, provocandone un riscaldamento eccessivo: si pensi a migliaia di fili che arrivano alla matrice di rivelatori trasportando così eccessivo calore. E dunque è stata sviluppata la tecnica elettronica denominata DL-FLL (Double Loop-Flux Locked Loop) che risolverebbe brillantemente il problema. 

Dove potremmo vedere dunque all’opera questo dispositivo così innovativo? “Il progetto sulla microcalorimetria criogenica che stiamo portando avanti presso i nostri laboratori è legato allo studio di missioni spaziali per astrofisica delle alte energie come IXO (International X-ray Observatory, proposta da ESA, Nasa e JAXA) circa il rivelatore per anticoincidenza basato su TES, e nell’infrarosso come SPICA (proposta da JAXA ed ESA) per il quale stiamo sviluppando l’amplificatore criogenico che risulta essere il cuore della tecnica DL-FLL da noi sviluppata per sistemi di imaging nei raggi X” dice Claudio Macculi dell’INAF-IASF di Roma, che lavora al progetto dei micro calorimetri TES guidato da Luigi Piro, sempre dello IASF-Roma. “In senso generale e trasversale questa linea di ricerca, sulla quale in tempi diversi hanno investito l’IASF Roma, l’ESA e l’ASI è estremamente interessante: la altissima risoluzione spettrale dei rivelatori, l’elettronica appositamente sviluppata, così come il sistema di raffreddamento a bassissima temperatura, sono tutti fattori che fanno dei TES una delle nuove frontiere dei rivelatori di raggi X in Astrofisica, ma le cui ricadute coinvolgono la banda dello spettro elettromagnetico che va dalle onde millimetriche fino ai raggi gamma”.

Lei pensa che ci saranno applicazioni anche al di fuori della ricerca astrofisica per questi dispositivi?

“Le prospettive per l’utilizzo dei TES in un futuro prossimo sono davvero molto interessanti, ma si deve investire in Ricerca e Sviluppo, e quindi in termini strategici anche sul personale di ricerca.  Con i TES ad esempio potrebbero essere costruiti dispositivi per l’analisi dei materiali, sistemi per diagnostica medica e per monitoraggio dei beni culturali. L’alta risoluzione spettrale, circa un fattore 100 migliore degli attuali rivelatori di raggi X, permetterebbe di irradiare gli oggetti con un flusso di radiazione circa 100 volte inferiore agli standard attuali: si pensi, ad esempio, cosa voglia dire questo in termini di sicurezza e di dosi assorbite”.

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Fonte: Media INAF | Scritto da Marco Galliani