13. Acceleratori per la ricerca

percorso di Silvia Miozzi

Le industrie utilizzano particelle accelerate in molte aree. Certamente una di quelle più importanti, e dove sono impiegati gran parte dei 30000 acceleratori in funzione, è quella dedicata all’impiantazione ionica. Questa tecnica consiste nell’alterare la struttura atomica di alcuni materiali introducendo particolari ioni la cui presenza cambia la resistività del materiale modificando il suo comportamento elettrico.
Il processo di impiantazione avviene sparando un fascio di ioni accelerati contro il materiale da trattare. Gli ioni penetrano e si fermano nel materiale ad una profondità che dipende dalla loro energia.

Il campo di applicazione più diffuso è il drogaggio dei materiali isolanti per la realizzazione di semiconduttori, componenti chiave di tutti i dispositivi elettronici. Mediante impiantazione ionica vengono inserite piccole impurità (drogaggio) all’interno di un materiale isolante, generalmente silicio, che permettono il passaggio di corrente elettrica.
Lo sviluppo della tecnologia  di impiantazione ionica  ha permesso la produzione di semiconduttori migliori e più economici, riducendo conseguentemente i costi dell'elettronica e migliorando la qualità del prodotto.

L’impiantazione ionica è una tecnologia usata anche per indurire le superfici di materiali che devono essere usati per la costruzione di oggetti che devono resistere all’usura del tempo come le valvole cardiache e le protesi. Quando utilizzati per l'indurimento superficiale, gli ioni del materiale dell'agente drogante vengono lanciati sul materiale bersaglio e penetrano solo per una frazione di micron. Pur rimanendo essenzialmente sulla superficie del materiale non rappresentano un rivestimento in quanto non aggiungono un ulteriore strato al materiale.
Sfruttando la conversione dell’energia cinetica in energia termica i fasci di elettroni accelerati e sparati contro un materiale possono essere utilizzati per tagliare, forare e saldare in particolare leghe incompatibili, con minime deformazioni termiche risultanti dal processo.
Alcune leghe metalliche vengono trattate termicamente per aumentare la loro durezza (temprabilità). Il trattamento termico a fascio di elettroni è un processo che riscalda la superficie di una lega metallica fino a una determinata temperatura specifica per quel materiale. Il materiale viene quindi raffreddato rapidamente, causando un  suo indurimento. Materiali così trattati sono usati per esempio nell’industria automobilistica.
Un’altra applicazione degli acceleratori di elettroni è la produzione di materiali termoretraibili che quando vengono riscaldati, invece di sciogliersi, si restringono come gli involucri per l’isolamento di cavi elettrici.

Fasci di elettroni  vengono utilizzati anche per la sterilizzazione di apparecchiature, imballaggi e la conservazione di cibi.

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