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LA NUOVA CONOSCENZA

lunedì 8 dicembre 2014

NASCE IL PIU' POTENTE MICROSCOPIO A NEUTRONI DEL MONDO


SEGNALATO DAL DR. GIUSEPPE COTELLESSA (ENEA)

Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 sarà utilissimo per le applicazioni di queste innovative invenzioni.

G. Cotellessa


Cerimonia per la posa della prima pietra dell’European Spallation Source

a cura dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

Dal Comunicato stampa congiunto di INFN, ELETTRA, SINCROTRONE E CNR.

Sarà il più potente microscopio a neutroni del mondo, e sarà utilizzato per studi interdisciplinari, dalle scienze della vita alla fisica, dalle nanotecnologie alla farmaceutica. l’Italia vi partecipa con il Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR), l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Elettra Sincrotrone Trieste e il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR).
 Si è svolta il 9 ottobre scorso, nel cantiere di Lund in Svezia, la cerimonia di posa della prima pietra della European Spallation Source (ESS), che ha segnato ufficialmente l’avvio dei lavori di realizzazione di quella che sarà la più potente sorgente di neutroni al mondo. Alla cerimonia hanno partecipato alcune centinaia di membri della comunità scientifica europea .
“L’INFN partecipa alla realizzazione della nuova sorgente europea di neutroni sin dal 2009, – spiega Eugenio Nappi, membro della Giunta Esecutiva dell’INFN e rappresentante del MIUR nello Steering Committee di ESS – con il contributo dei Laboratori Nazionali del Sud, dei Laboratori Nazionali di Legnaro e del LASA alla progettazione e alla costruzione di fondamentali componenti dell’acceleratore”. “Il know-how nello sviluppo di alta tecnologia associato alle elevate competenze dei nostri progettisti e costruttori hanno permesso all’INFN di assumere un ruolo incisivo e di ricoprire posizioni di grande rilevanza internazionale nel progetto ESS”, conclude Nappi.
“La partecipazione concreta e attiva di Elettra e degli altri partner italiani alla European Spallation Source – commenta Alfonso Franciosi, presidente di Elettra Sincrotrone Trieste - è un’opportunità fondamentale per il nostro Paese, sia dal punto di vista scientifico sia dal punto di vista industriale e, ancor di più, ci permette di crescere come nodo nevralgico e punto di riferimento per lo sviluppo dell’Europa della Conoscenza”. “Elettra – prosegue Franciosi - è quindi molto fiera di aver contribuito in modo tanto concreto all’elaborazione del progetto fin dai suoi inizi ed è lieta di continuare a mettere a disposizione il proprio know-how e le proprie infrastrutture allo stato dell’arte per un obiettivo tanto ambizioso”.
“La European Spallation Source è un esempio di infrastruttura scientifica ideata, progettata e realizzata europeisticamente - dichiara Luigi Nicolais, presidente del Cnr. La genesi di questo innovativo progetto da subito si è distinta per andare oltre i contributi e gli impegni dei singoli stati membri e delle diverse comunità scientifiche e tecniche coinvolte”. “Il CNR – conclude Nicolais - al pari di altre istituzioni e centri di ricerca, nazionali e internazionali, contribuirà al successo di questa straordinaria avventura scientifica, destinata ad aprire numerosi nuovi campi di ricerca e di applicazione. È particolarmente significativo poi che questa posa avvenga a cent'anni dal Manifesto agli Europei di Albert Einstein e Georg Friedrich Nicolai, che già allora sottolineava l'opportunità di costruire attraverso la scienza una nuova prospettiva per il futuro dell'Europa”.

L’evento getta simbolicamente le basi di una nuova generazione di infrastrutture di ricerca in Europa e rappresenta il successo nella costituzione di un partenariato politico ed economico paneuropeo. Dopo due decenni di lavoro di progettazione tecnica sempre più sofisticata, scienziati, ingegneri, project manager e costruttori hanno così intrapreso la costruzione di questa sorgente di neutroni unica al mondo che fornirà strumenti per importanti conquiste scientifiche e scoperte nel campo delle nanotecnologie, delle scienze della vita, della farmaceutica, dell’ingegneria dei materiali e della fisica sperimentale. Ed è evidente anche che ESS, sia attraverso la stessa costruzione dell’infrastruttura, il cui costo è stimato in un miliardo e 800 milioni di euro, sia per le attività di ricerca che lì saranno svolte, rappresenterà un volano economico per tutta l’Europa.
I primi neutroni sono attesi per il 2019, mentre i primi esperimenti sono in programma per il 2023.


Microscopio a neutroni di MIT e NASA

CHE COSA E’ E COME FUNZIONA IL MICROSCOPIO A NEUTRONI ?

Già il  MIT e la  NASA hanno avuto modo di  sviluppare il microscopio che crea immagini ad alta risoluzione utilizzando neutroni in sostituzione agli elettroni o alla luce usata nelle tecniche di microscopia convenzionale. Questo nuovo microscopio utilizza lo stesso principio utilizzato nei raggi X per concentrare il fascio di neutroni su un determinato campione.
I vantaggi principali degli strumenti che utilizzano neutroni sono la loro capacità di sondare facilmente all’interno di oggetti metallici e la loro sensibilità alle proprietà magnetiche ed agli elementi più leggeri rendendoli adatti alle applicazioni biologiche. Gli strumenti progettati fino ad ora che utilizzano neutroni sono sistemi di rappresentazione grezzi, paragonabili a camere con foro stenopeico, senza un efficiente sistema ottico. Questi strumenti  non sono stati in grado di produrre delle immagini con sufficiente risoluzione. Siccome i neutroni hanno un’interazione minima con la materia, una delle principali sfide affrontate in questi nuovi strumenti è la concentrazione di un fascio di neutroni su un obiettivo. Questo ostacolo è stato superato utilizzando degli specchi, una tecnica utilizzata anche per concentrare i raggi X.
  


La lente cilindrica che ha permesso al Microscopio a neutroni di concentrare il fascio di neutroni

Il nuovo microscopio a neutroni usa un sistema ottico simile a quello utilizzato per concentrare i raggi X nei telescopi per produrre immagini ad alta risoluzione. La lente è composta da una grande moltitudine di cilindri riflettenti annidati uno dentro l’altro, ottenendo così una superficie più riflettente per i neutroni. L’utilizzo di una superficie riflettente per concentrare i neutroni migliora le prestazioni dei sistemi già esistenti che utilizzano la rappresentazione tramite neuroni, ottenendo immagini molto più nitide anche con strumenti piccoli.
Il primo prototipo è stato sviluppato dopo la progettazione e il miglioramento del concetto virtuale. Un piccolo strumento di prova sviluppato come dimostrazione del principio su cui si basa, è stato sviluppato con facilità utilizzando un fascio di neutroni nel Laboratorio di reattori nucleari della MIT; hanno effettuato il test anche il National Laboratory Oak Ridge e il National Institute of Standards Technology, utilizzando diversi spettri di energia dei neutroni. Il nuovo microscopio a neutroni  in via di sviluppo sarà utile per osservare vari materiali e campioni biologici ed anche per lo studio dei movimenti magnetici e atomici all’interno della materia.

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