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Opportunità per la ricerca scientifica e tecnologica |
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Con il fascio di radiazione prodotto dal FEL SPARX si potranno realizzare un gran numero di attività di ricerca scientifica e tecnologica, ad esempio: • Misure risolte nel tempo con radiazione X • Imaging con radiazione X coerente • Misure che richiedono elevati flussi di fotoni • Spettromicroscopia • Studi strutturali di sistemi biologici, perché permette studi cristallografici su macromolecole biologiche
Più in dettaglio: - Tecniche di raggi X risolte in tempo, basate sia su diffusione che su spettroscopia, che permettono di accedere ad intervalli di risoluzione temporale dai picosecondi ai femtosecondi grazie alla struttura pulsata del fascio. In particolare:
- Femtofisica (trasformazioni fisiche osservate sulla scala temporale dei femtosecondi), ad esempio per un test diretto della mecccanica quantistica, per studiare la dinamica di moti singoli e collettivi, transizioni di fase, riarrangiamenti atomici spontanei ed indotti, rilassamento di sistemi preparati in stati lontani dall'equilibrio termodinamico etc.
- Femtochimica (reazioni chimiche sulla scala temporale dei femtosecondi), ad esempio rottura di legami e recupero di atomi in molecole e solidi in complessi attivati, selezione di particolari canali di reazione tra quelli permessi, evoluzione di sistemi fotoeccitati etc.
- Imaging con radiazione X coerente, grazie alla coerenza spaziale tipica dell'emissione laser. In particolare:
- Diffrazione X coerente che, ad esempio, permette l'imaging di oggetti non periodici sulle nanoscale, come le proteine singole, superando così le limitazioni imposte dalle aberrazioni degli elementi ottici.
- Olografia X, cioè la ricostruzione di una figura di diffusione coerente mediante l'interferenza del fascio diffuso con un fascio di riferimento per studiare, ad esempio, la struttura di cristalli semplici.
- Misure "avide" di fotoni, che richiedono flussi di fotoni estremamente elevati. Come esempi, possiamo menzionare i seguenti casi:
- Diffrazione da diffusori deboli, come i sistemi a densità elettronica molto bassa, cioè poco densi numericamente e/o formati da elementi leggeri (che tendono a diffondere anelasticamente), come nel caso di sistemi biologici ad elevata percentuale di idrogeno.
- Diffrazione da soluzioni diluite, nelle quali il contributo principale proviene dal solvente ed il segnale proveniente dal soluto costituisce una leggera perturbazione (richiedendo così un'elevata statistica per poter essere rilevata).
- Spettroscopia, che permette di analizzare elementi chimici con livelli energetici nell'intervallo dei raggi X, con risoluzione spaziale migliore di 100nm e risoluzione spettrale di 0.1eV.
- Studi strutturali di sistemi biologici, che permettono studi cristallografici di macromolecole biologiche.
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Applicazioni scientifiche
