Il cannone di elettroni

South Dakota, 1901 – Da una decina d’anni questo stato nelle grandi pianure fa parte degli Stati Uniti d’America. Su questa terra, che prende il nome dalle tribù dei nativi Sioux o “Dakota”, sono arrivati nell’800 molti immigrati, soprattutto dalla Norvegia, mossi dalla povertà e dalle persecuzioni religiose.  Nel 1901 nella comunità degli immigrati norvegesi nasce di un bambino, Ernest Lawrence, figlio di Gunda e Carlo Gustavo, due giovani insegnanti nella locale scuola superiore.

Da ragazzo Ernest è molto abile nella manualità, è un tinkerer come dicono gli americani, un ripara-tutto, uno smanettone. Non ancora trentenne è professore di fisica all’Università della California, e costruisce il primo acceleratore di particelle. È un aggeggio che sembra una pentola con attaccati diversi tubi. All’interno, un fascio di protoni descrive cerchi sempre più larghi, accelerato da un campo elettrico e deviato in circolo dal campo magnetico di calamite, fino a colpire un bersaglio.

Questo apparecchio, e altri più grandi costruiti in seguito, servono per studiare come sono fatti i nuclei degli atomi. Le parti principali sono:

  • un “cannone” che spara elettroni o protoni o altre particelle
  • un tubo in cui è fatto il vuoto (il tubo può essere anche a forma di ciambella) dove i fasci di particelle vengono accelerati e deviati
  • un bersaglio su cui arrivano le particelle.

Ernest è molto bravo a promuovere la costruzione di apparecchi sempre più grandi, coinvolgendo e organizzando centinaia di scienziati. È la “big science”. Oggi un grandissimo laboratorio negli USA, uno dei più grandi del mondo, è a lui intitolato.

All’opera!!!

Sarete forse stupiti se vi dico che avete un “cannone elettronico” in casa! o forse, addirittura, a prendere polvere in cantina o in soffitta!
Ogni vecchio schermo di computer o di televisore infatti, di quelli pesanti e ingombranti, contiene un cannone di elettroni! È la parte pesante e ingombrante, si chiama “tubo catodico” e serve per formare l’immagine.

Ci serve:
un vecchio schermo di computer o TV, delle calamite. Eventualmente, un computer da collegare allo schermo.

Il tubo catodico

Com’è fatto il tubo catodico?
È un cono di vetro sigillato. La “base” del cono è lo schermo, con il vetro protettivo; nella “punta” c’è il catodo, il cannone elettronico vero e proprio.

Lo schermo è un grande parete di migliaia di piccole finestrelle rotonde colorate, rosse, verdi e blu (R G B). Si possono guardare con una lente (v. PM ott 2012). L’immagine viene disegnata dal fascio di elettroni “sparati” con grandissima precisione dal “catodo”, colpendo ora questa ora quella finestrella. Quando questi elettroni colpiscono una finestrella verde, essa si accende di verde. Se rossa, di rosso.

Deviare i fasci di elettroni

Se riusciamo a far disegnare, collegando il computer, l’immagine un puntino verde su fondo nero, vuol dire che il nostro cannone spara un fascio di elettroni che vanno a colpire alcune finestrelle verdi.

Noi possiamo deviare questo fascio di elettroni, muovendogli vicino una calamita.

Se disegniamo lo schermo tutto verde, stiamo sparando un fascio di elettroni su ogni finestrella verde. Se avviciniamo la calamita, l’immagine diventa rossa o blu a seconda di come il campo magnetico fa deviare gli elettroni.

 

Attenzione!

Dopo gli esperimenti possono rimanere degli aloni colorati sulle immagini. È possibile farli svanire o con un’apposita funzione dello schermo detta “de-gauss” (de-magnetizzare) o con pazienza muovendo le calamite vicino allo schermo allontanandole gradualmente.

Link

su Ernest Lawrence  http://education.llnl.gov/archives/ernest-lawrence
sul Tubo Catodico     http://www.mi.infn.it/~phys2000/

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Articolo pubblicato nella rubrica “Spazzascienza” del mensile Piccolo Missionario nel settembre 2013.   Si tratta di una rubrica in cui ricostruiamo esperimenti e apparecchi dalla storia della scienza con materiali di recupero, salvati dalla spazzatura (da qui il titolo spazzascienza).
Per maggiori informazioni su questo argomento si veda “La Fisica nella TV“.

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