Una delle sfide chiave nel campo della tecnologia degli acceleratori di particelle è la riduzione dei costi delle future macchine acceleranti. Le cavità acceleratrici sono il cuore di un moderno acceleratore di particelle e il costo di una singola cavità supera i 30.000 €, in parte imputabili al materiale [niobio ad elevata purezza] e in parte al delicato processo di produzione, che prevede complesse saldature a fascio elettronico realizzate sottovuoto.
I futuri progetti [ad esempio FCC al CERN o ILC in Giappone] prevedono la costruzione di migliaia di cavità acceleranti ellittiche superconduttive, per cui sviluppare una tecnologia che permetta una riduzione dei costi di produzione e un aumento delle performance delle cavità è considerato strategico dalla comunità degli acceleratori, e permetterebbe all’industria veneta di entrare in un business di diversi milioni di euro.
Le saldature sono una parte estremamente delicata del processo di produzione ed è stato dimostrato che rimuoverle dai punti critici delle cavità [dove la dissipazione è più elevata] produce un aumento delle performance delle cavità, poiché queste ultime sono zone di possibile contaminazione del niobio.
Una tecnologia per la produzione di cavità acceleranti ellittiche seamless [prive di saldatura] già esiste ed è stata sviluppata con successo dai LNL-INFN, ma non è stata ancora provata la possibilità di industrializzare il processo produttivo.
Il progetto si pone proprio questo obiettivo, realizzabile grazie alla collaborazione con due aziende del territorio e alla sinergia tra le competenze metallurgiche dell’Università di Padova e quelle acceleratoristiche dei LNL-INFN.
La collaborazione con Piccoli Srl permetterà di ottimizzare il processo di tornitura, in particolare studiando la possibilità di utilizzare stampi innovativi monoblocco che non danneggino la superficie interna, come invece avviene con gli stampi a settori utilizzati fino ad oggi.
La collaborazione con UNILAB Laboratori Industriali permetterà invece di ottenere la caratterizzazione del profilo della cavità con tecniche non distruttive, quali ad es. la tomografia a raggi X.
Questa seconda parte è fondamentale per valutare la riproducibilità del processo.
L’obiettivo principale è fornire una formazione di eccellenza a giovani neo-laureati che permetta loro, al termine del progetto, di ottenere: 1. capacità critica di sviluppare e portare a termine un progetto di ricerca e sviluppo; 2. capacità di interagire con azienda e accademia e di apprenderne entrambi i linguaggi; 3. esperienza nell’utilizzo di moderni strumenti di progettazione e simulazione applicati alla tornitura in lastra; 4. esperienza nell’uso della strumentazione e nelle metodologie per la misura dei parametri fisici e la caratterizzazione delle proprietà e della funzionalità dei prodotti finiti.
Si tratta quindi di fornire ai destinatari una formazione multidisciplinare che gli permetta di sviluppare un progetto di ricerca e sviluppo di livello internazionale. Questa formazione trascenderà la tornitura in lastra delle cavità acceleratrici e i destinatari, una volta terminato il progetto, avranno sviluppato delle competenza che permetteranno loro di inserirsi facilmente in tutti gli ambiti dell’industria veneta, in particolare quella meccanica, in cui è richiesta una figura capace di gestire e sviluppare un progetto di ricerca e sviluppo.
La formazione di base dei destinatari comprenderà: 1. introduzione all’uso delle tecniche di caratterizzazione metallografica, microstrutturale e meccanica dei manufatti prodotti ed alle tecniche di formatura presso il DII-Università di Padova. 2. introduzione alla tematica delle cavità acceleratrici, in particolare alle tecniche di caratterizzazione e tecniche di produzione. 3. presso le aziende partner verranno approfondite la tecnica di tornitura in lastra e la caratterizzazione non distruttiva di profili geometrici 3D complessi.
Codice progetto: 2105-0019-1463-2019
Durata progetto: 01/08/2020-31/10/2021
Tipologia progetto: interateneo – monodisciplinare
Beneficiario: Università degli Studi di Padova – Dipartimento di Ingegneria Industriale
Partner operativo: INFN – Laboratori Nazionali di Legnaro
Partner aziendali: Piccoli Srl e UNILAB Laboratori Industriali
Aree di riferimento dell’attività di ricerca
Area di Specializzazione RIS3: Smart Manufacturing
Macrotraiettoria tecnologica: Sviluppo di componenti metallici e non metallici ad alte prestazioni ed elevata sostenibilità
Traiettoria di sviluppo: Strumenti e Modelli per la Progettazione Integrata, Innovativa e Multi-scala di componenti, prodotti ed attrezzature innovative per i Processi Manufatturieri
Costo del progetto: € 152.400,00
L’intervento 2105-0019-1463-2019 è realizzato con risorse a valere sul Programma Operativo Regionale cofinanziato con il Fondo Sociale Europeo 2014–2020 di Regione del Veneto.