Sofisticate macchine
al servizio
delle conoscenze

Il Consiglio Nazionale delle Ricerche nei suoi settant'anni di vita ha rappresentato, e tuttora rappresenta, il perno e, in un certo senso, il motore del sistema scientifico nazionale al cui sviluppo ha contribuito in maniera determinante in tutte le discipline da quelle scientifiche a quelle economiche, giuridiche e letterarie.

Con le sue attività ha permesso di aprire nuove strade, favorendo la nascita di nuove aree disciplinari che in alcuni casi hanno successivamente raggiunto dimensioni e importanza tali da dar vita a strutture autonome.

Il CNR costituisce tuttora un punto di riferimento essenziale per buona parte dell'attività di ricerca universitaria e l'interfaccia principale tra la rete di ricerca scientifica e quella industriale. Con l'avvio dei Progetti Finalizzati è stato tra i primi a comprendere l'importanza di convogliare le migliori competenze proprie, dell'Università e del mondo dell'impresa verso obiettivi scientifici di rilevante interesse economico e sociale.

Questo insieme di esperienze e iniziative ha creato nell'Ente, e quindi nel Paese, da un lato le capacità per un'azione propositiva in settori innovativi e interdisciplinari, dall'altro le premesse per affrontare tematiche complesse; ha posto inoltre i presupposti per la crescita della competitività del sistema ricerca italiano nell'ambito europeo ed extraeuropeo e ha fornito le condizioni per l'instaurazione di proficue collaborazioni sovranazionali.

Uno dei ruoli infatti più significativi e strategici svolti dall'Ente deve essere senz'altro considerato quello di aver permesso alla Comunità Scientifica Nazionale la realizzazione e la gestione in Italia di complesse apparecchiature spesso inserite in un contesto internazionale, l'accesso all'estero a grandi attrezzature frutto di convenzioni tra più Paesi e la partecipazione a importanti programmi a livello internazionale.

Di seguito verranno ricordate a titolo di esempio solo una parte di queste iniziative ed in particolare solo alcune di quelle che in qualche modo hanno un riferimento preminente con il Comitato Scienze Fisiche. Ma, anche se verranno citate iniziative avviate dal settore fisico o concernenti fenomeni e apparati provenienti dalla ricerca fisica, apparirà chiaro da quanto verrà detto che spesso il loro sfruttamento è ampiamente interdisciplinare e che il coinvolgimento di altri Comitati di Consulenza del CNR risulta significativo. Importante è inoltre sottolineare come in molti progetti internazionali, il CNR rappresenti il nostro Paese in stretta connessione con altri enti e istituzioni nazionali, quali ENEA, ASI, INFN, INFM a testimonianza di un orientamento che tende a favorire l'utilizzo integrato di strutture e competenze.

Spettroscopia neutronica

I neutroni sono particelle che insieme ai protoni costituiscono il nucleo atomico; presentano la stessa massa dei protoni ma a differenza di questi sono privi di carica elettrica. Essi vennero impiegati da Fermi come proiettili per bombardare e rompere i nuclei di uranio, aprendo la strada all'applicazione della fissione nucleare. A partire dall'inizio degli anni Cinquanta i neutroni sono stati sistematicamente utilizzati come una sonda per l'indagine dei fenomeni microscopici e delle proprietà dei materiali. La tecnica in questione consiste nell'inviare fasci di neutroni di determinata energia su un bersaglio, costituito dal materiale che si desidera esaminare, e nel rivelare i neutroni diffusi dagli atomi del bersaglio stesso. Misurando la distribuzione spaziale e la perdita di energia dei neutroni diffusi è possibile risalire alla posizione e ai movimenti relativi degli atomi del bersaglio.

I neutroni interagiscono debolmente con gli atomi e pertanto penetrano in profondità nei materiali senza provocare in essi significative modificazioni. Inoltre la descrizione del processo di diffusione dei neutroni risulta più semplice e meglio definita rispetto al caso di altre tecniche diagnostiche basate ad esempio sulla diffusione di elettroni e fotoni. I neutroni prodotti per questo impiego hanno lunghezze d'onda confrontabili con le distanze interatomiche ed energia dell'ordine di grandezza di quelle tipiche dei moti atomici. I fasci di neutroni impiegati negli esperimenti di diffusione vengono generati o mediante reazioni di fissione all'interno di un reattore nucleare, e quindi estratti, o bombardando con protoni ad alta energia, dell'ordine di 1GeV, un bersaglio contenente elementi ad alto numero atomico.

Il livello di complessità e di sofisticazione tecnologica richiesto da queste apparecchiature, l'elevato costo di realizzazione e di gestione della strumentazione nonché il consistente numero di addetti coinvolti nel funzionamento delle strutture, fa sì che la costruzione di tali impianti debba essere affrontata nell'ambito di accordi internazionali tra più Paesi.

Dalla metà degli anni Ottanta, un accordo stipulato tra il CNR e l'inglese Science and Engineering Research Council (SERC) ha fornito l'opportunità ai ricercatori italiani di condurre esperimenti presso la sorgente di neutroni ISIS (Oxford-Uk). Ciò ha consentito un notevole rilancio della ricerca italiana nel settore della spettroscopia neutronica. È importante sottolineare come questa scelta strategica del CNR abbia non solo permesso la crescita di una comunità di ricercatori capaci di proporre e condurre esperimenti in un contesto di vivace competizione internazionale ma abbia altresì stimolato lo sviluppo di gruppi di ricerca, presso organi CNR e Università, in grado di progettare e realizzare autonomamente in Italia strumentazione avanzata, che successivamente ha trovato applicazione ad ISIS. Un esempio è rappresentato dallo strumento Prisma, costruito presso l'Istituto di Struttura della Materia del CNR-Frascati, destinato allo studio delle vibrazioni coerenti (fononi) nei cristalli. Attualmente è in fase di realizzazione, con finanziamenti CNR, un nuovo strumento destinato principalmente a ricerche sulle proprietà strutturali e dinamiche di materiali di interesse applicativo (polimeri, catalizzatori, biomateriali, macromolecole organiche ed inorganiche, farmaci ecc.). Il moderno approccio alla progettazione di nuovi materiali richiede una conoscenza dettagliata delle proprietà strutturali e dinamiche su scala atomica come prerequisito fondamentale per l'ottimizzazione di nuovi materiali destinati a specifiche applicazioni tecnologiche. Tradizionalmente lo studio strutturale della materia è stato rivolto, per lo più, alla scienza dei materiali ed alla chimica strutturale. Più recentemente esso si è esteso anche alla "soft matter" e cioè a materiali quali fluidi complessi, polimeri e biomateriali. Le ricerche di spettroscopia neutronica sui polimeri hanno permesso di migliorare i prodotti destinati all'industria chimica ed aperto nuovi campi di applicazioni in biologia e medicina. Un altro esempio importante di applicazione della indagine neutronica è quello dei superconduttori ad alta temperatura, cioè di quei materiali che hanno la capacità di "escludere" i campi magnetici e di condurre elettricità senza perdite e che per questo sono di notevole interesse tecnologico; basti pensare alle loro molteplici applicazioni, dalla produzione di immagini mediante risonanza diamagnetica utilizzata
negli ospedali, agli oscilloscopi
ultraveloci contenenti SQUID (Superconducting quantum interference devices), ai magnetometri ad alta sensibilità impiegati in campi quali ad esempio le prospezioni petrolifere e le scienze cerebrali. La ricerca di spettroscopi