I LNL, nati nel 1968 in seguito ad una convenzione tra l’INFN e l’Università degli Studi di Padova, si trovano a circa 8,5 Km dal centro di Padova, hanno un organico di 120 unità di personale e forniscono servizi di ricerca a una media annuale di 700 scienziati provenienti da centri di ricerca ed università di tutto il mondo.
I Laboratori hanno oggi una posizione trainante per quanto riguarda gli studi del mondo microscopico noti come “struttura e dinamica del nucleo atomico”. Per studiare la struttura della materia e i limiti della stabilità nucleare si sottopone il nucleo a sollecitazioni estreme, che si raggiungono attraverso processi d’urto con i fasci prodotti da acceleratori. Presso i LNL sono attualmente operativi cinque acceleratori.
Negli ultimi anni si è inoltre consolidata una proficua collaborazione con il mondo della scuola organizzando seminari, mostre di divulgazione scientifica, visite guidate e stage per studenti delle scuole superiori, per coinvolgere i giovani e i docenti in progetti scientifici di conoscenza, approfondimento e realizzazione di esperienze in fisica generale e nucleare. L’obiettivo è di favorire la più capillare diffusione di una solida e critica cultura tecnico-scientifica, provvedendo nel contempo alla valorizzazione del patrimonio culturale dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
Il nucleo degli attuali Laboratori sorse nel 1960 come "Centro di Ricerche Nucleari della Regione Veneta" dell'Università di Padova attorno ad un acceleratore elettrostatico Van de Graaff CN con una tensione di 5,5 milioni di Volt (MV). Tale acceleratore costituiva a suo tempo il maggior strumento di ricerca nel campo della fisica dei nuclei atomici disponibile in Italia e venne messo a disposizione di tutti i gruppi italiani del settore. Il ruolo nazionale del Laboratorio portò nel luglio 1968 al suo inserimento nell'lNFN quale Laboratorio Nazionale, in seguito ad una convenzione fra l'INFN e l'Università di Padova.
Nel 1971 è entrato in funzione l'acceleratore elettrostatico Van de Graaff AN2000 da 2,5 MV, particolarmente adatto a ricerche di fisica applicata (biofisica, fisica medica, fisica dello stato solido, fisica dell'ambiente, ecc.) attuate con fasci di ioni leggeri. L'INFN decise poi di sviluppare le attività di fisica nucleare con ioni pesanti: venne installato un acceleratore TANDEM XTU da 16 MV, che è in piena attività dall'inizio del 1982. L’acceleratore fornisce fasci di ioni di molte specie nucleari, sino alle masse più pesanti (dal carbonio allo iodio) con un'energia di 3-4 MeV per nucleone, per studi riguardanti varie linee di ricerca sulle interazioni, sulle proprietà dei nuclei atomici e delle loro reazioni.
Un ulteriore passo avanti è dovuto all’entrata in funzione, nel 1994, dell'acceleratore lineare per ioni pesanti ALPI, a cavità risonanti superconduttive. ALPI è in grado di accelerare fasci di ioni fino alle masse più pesanti con energie comprese tra 5 e 20 milioni di elettronvolt (MeV) per nucleone. Dal 2005 ALPI è dotato di un iniettore supercondittivo di tipo RFQ, quadrupolo a radiofrequenza. Questo acceleratore, denominato PIAVE, è il primo acceleratore superconduttivo con queste caratteristiche.
Lo sviluppo dell'acceleratore PIAVE-ALPI ha permesso ai Laboratori di acquisire competenze avanzate nell'ambito delle tecnologie criogeniche, della superconduttività e della radiofrequenza applicata a strutture acceleranti. Queste competenze vengono applicate nei nuovi progetti che riguardano principalemente Lo sviluppo e la costruzione di nuovi acceleratori lineari ad alta intensità per applicazioni che vanno dalla fisica nucleare di base alle applicazioni nel campo della produzione dell’energia e delle nuove tecniche per la lotta ai tumori.
Nel 1996 è diventata operativa l'antenna supercriogenica AURIGA per lo studio delle onde gravitazionali e, nel 1998, l’esperimento PVLAS per ricerche sul vuoto quantistico, ampliando gli interessi scientifici dei Laboratori anche allo studio di importanti problemi della struttura fondamentale della materia, esperimenti entrambi ormai chiusi.
Il futuro dei laboratori è il progetto SPES. la sigla di “Selective Production of Exotic Species”(Produzione Selettiva di Specie Esotiche). Il progetto SPES, inaugurato nel 2016, è dedicato alla ricerca di base in fisica nucleare e alle applicazioni interdisciplinari, spaziando dalla produzione di radionuclidi di interesse medico alla generazione di neutroni per studi di materiali, tecnologie nucleari e medicina.
Analogamente al quadrifoglio, simbolo di SPES, si prevedono quattro fasi:
SPES-alpha: già approvato e finanziato dall’INFN, include l’acquisizione, l’installazione e la messa in opera di un ciclotrone con alta corrente in uscita ( fino a 0.7 mA) ed alta energia (fino a 70 MeV), assieme alla relativa infrastruttura per il ciclotrone e alle stazioni sperimentali.
Il ciclotrone sarà dotato di due porte di uscita, una configurazione molto adatta per la doppia missione del laboratorio: ricerca di base e applicazioni tecnologiche. Uno dei due fasci sarà dedicato alla struttura ISOL; il secondo sarà dedicato alla fisica applicata. Dalla collisione di protoni su un bersaglio UCX, il ciclotrone produrrà ioni ricchi di neutroni radioattivi.
Il ciclotrone e' stato inaugurato nel 2016.
SPES-beta: nuclei ricchi di neutroni saranno accelerati contro bersagli adeguati. Nelle collisioni, saranno prodotti nuovi nuclei estremamente ricchi di neutroni, simili a quelli generati nelle fasi stellari avanzate e non presenti sulla Terra a causa della loro breve vita. L'indagine su tali sistemi è una nuova frontiera della fisica per estendere la nostra conoscenza dei nuclei in condizioni estreme e per fornire informazioni di base per lo studio dell'evoluzione stellare. SPES-beta è stato approvato e parzialmente finanziato dal Governo italiano come progetto premiale dei LNL.
SPES-gamma: riguarda la produzione di radionuclidi di interesse medicale utilizzando il ciclotrone SPES-alfa. L'obiettivo è la produzione di radiofarmaci innovativi (ad esempio quelli basati su Sr-82/Rb-82 e Ga-68/Ge-68) così come la produzione di radionuclidi convenzionali con nuovi approcci basati sugli acceleratori. A questo riguardo lo stato metastabile del tecnezio-99 (Tc99-m) è di particolare interesse. Questa fase di SPES è stata finanziata dal governo come progetto premiale LARAMED.
SPES-delta: prevede lo sviluppo di un acceleratore lineare ad alta intensità basato sulla tecnologia di radiofrequenza a quadrupolo (RFQ). Seguendo tale strada, si possono raggiungere correnti di fascio fino a 30 mA all’energia di 5 MeV. Questo acceleratore può produrre una sorgente di neutroni estremamente intensa, utilizzabile per l'astrofisica nucleare, la caratterizzazione dei rifiuti nucleari, o il trattamento sperimentale dei tumori per mezzo della terapia basata sulla cattura neutronica da parte del boro (BNCT).Per lo sviluppo di questo approccio, è stato siglato un accordo fra SOGIN, Università degli Studi di Pavia e INFN e il progetto MUNES (MUltidisciplinary NEutron Source) è stato finanziato dal Governo italiano.
Presentazione dei Laboratori Nazionali di Legnaro (pdf 10,2 MB)