PIANO TRIENNALE 2013-2015 - inrim.it · Successive integrazioni seguiranno a bilancio consolidato, secondo le richieste prospettate dalle Divisioni come indicato nei paragrafi a seguire

1/62

Attuazione del

PIANO TRIENNALE 2013-2015

Giugno 2013

2/62

3/62

INDICE Premessa ...................................................................................................................................................... 5

DIREZIONE SCIENTIFICA ........................................................................................................................... 6

Divisione Elettromagnetismo ..................................................................................................................... 7

Divisione Meccanica ................................................................................................................................. 23

Divisione Ottica ......................................................................................................................................... 37

Divisione Termodinamica ......................................................................................................................... 48

Allegato 1: Laboratori principali .................................................................................................................. 62

4/62

5/62

Premessa

Questo documento riporta lo schema attuativo del Piano Triennale 2013-2015, approvato dal CdA in data 26 ottobre 2012, per quanto attiene alla Direzione Scientifica e alle Divisioni dell’INRIM.

Relativamente alle risorse umane, sono riportate le esigenze delle Divisioni relative a borse di addestramento alla ricerca, assegni di ricerca e alle posizioni di personale a tempo determinato e indeterminato. Le prime tre voci non gravano sui fondi ordinari di finanziamento da parte del Ministero ma sull’autofinanziamento dell’ente, mentre l’ultima voce, indicativa delle necessità delle Divisioni, è comunque soggetta al quadro normativo di riferimento.

Relativamente alle richieste finanziarie indicate dalle Divisioni, l’apparente disallineamento tra queste ultime e il Bilancio di Previsione 2013 è dovuto agli introiti previsti nell’arco dell’intero anno 2013, in attesa di consolidamento.

6/62

DIREZIONE SCIENTIFICA Direzione Scientifica Coordinatore: Aldo Godone

Personale impegnato Risorse umane 2013 2014 2015

TI TD TI TD TI TD Organico totale in servizio 4 4 4

Ruolo:

coordinare le attività svolte nelle Divisioni e formulare con esse le proposte dei piani e dei rapporti periodici di attività da sottoporre, per le rispettive competenze, al Presidente e al Direttore generale;

definire con le Divisioni le richieste di risorse umane e finanziarie da sottoporre agli organi dell’ente preposti alla loro approvazione;

definire con le Divisioni le necessità di risorse strumentali e di servizi da sottoporre al Direttore generale o al Presidente;

proporre al Presidente iniziative di formazione del personale tecnico-scientifico, in base alle esigenze delle strutture di ricerca;

assicurare, da parte delle Divisioni, l’assolvimento degli obblighi previsti dal D.Lgs 81/2008, relativamente alle attribuzioni precedentemente definite.

Obiettivi del triennio e connesse attività:

Attività di segreteria tecnica di collegamento tra Presidenza, Direzione Generale e Divisioni, e di coordinamento scientifico. Con riferimento al Bilancio di Previsione 2013, nella tabella sotto riportata sono indicate le assegnazioni alle Divisioni. Successive integrazioni seguiranno a bilancio consolidato, secondo le richieste prospettate dalle Divisioni come indicato nei paragrafi a seguire. Prima assegnazione 2013

Investimento Funzionamento

Co

llab

ora

t.

este

rni

Co

nve

gn

i

Pu

bb

l. n

on

in

ven

t.

Sta

mp

a e

rile

gat

ura

Pre

staz

.ion

iIs

titu

zio

nal

i

Bo

rse

e as

seg

ni

Tra

sfer

im.

Missioni

Div/ cap 59 60 61 17 18.1

18.2 19 22 23 24 42 43 45 9.1 9.2 9.3

E 300 285 400 250 115 80 10 35

M 250 70 40 130 35 120 10 30

O 400 30 750 130 335 10 15 25

T 250 200 110 100 60 70 10 30

Off 10 - - 10 - -

Direzione Scientifica 290 315 - 230 55 70 150 150 200 20 30 1000 250 25 40 140

BILANCIO DI PREVISIONE 2013

1500 900 1300 850 600 350 150 150 200 20 30 1000 250 25 85 260

7/62

Divisione Elettromagnetismo L’attività scientifica è indirizzata allo sviluppo e mantenimento dei campioni delle grandezze elettromagnetiche, alle proprietà elettromagnetiche dei materiali e allo sviluppo di dispositivi e sistemi e tecniche di misura per la metrologia.

L’attività della divisione Elettromagnetismo si svolge nei seguenti 4 programmi:

E1: Metrologia elettromagnetica (resp. L. Callegaro) E2 : Nanotecnologie e Dispositivi quantistici (resp. L. Boarino) E3: Ingegneria Elettromagnetica (resp. G. Crotti) E4: Magnetismo e proprietà elettromagnetiche dei materiali (resp. M. Pasquale)

che mirano a raggiungere i seguenti obiettivi strategici:

Excellent science: developing basic scientific metrology

Obiettivi Strategici Principali Risultati Attesi

Implementing the SI

Tensioni AC basate su sintesi da schiere di giunzioni Josephson

Ponti digitali per la derivazione del Farad da EHQ

Nuova realizzazione della scala per piccole correnti estendendo il metodo sulla carica di un condensatore

Sistema per la calibrazione di trasduttori in corrente continua nel range 10-600A, piloti di confronto EURAMET EM S35

Quantum metrology

Schiere di giunzioni SNS and SNIS per riferire in modo quantistico forme d’onda

Campione quantistico di corrente: SET verticali con tecnica FIB e dispositivi per Phase Slip

Dispositivi in grafene su larga area per EHQ

Physics, mathematics, modelling, and ICT suitable to underpin metrology

Determinazione analitica delle soglie di instabilità di onde di spin in nano dispositivi magnetici

Studio e simulazione numerica di effetti termici, dinamiche di magnetizzazione e fenomeni di spin-transfer

Meeting the societal challenges in


Energy

Riferibilità di sistemi, metodi e algoritmi per la misura e il controllo di smart grids con sorgenti rinnovabili di energia

Preparazione, caratterizzazione and studio di nuovi materiali funzionali e magnetici per il progetto di dispositivi elettromeccanici con efficienza energetica

Environment Misura della conducibilità elettrolitica del bioetanolo per

stimarne la qualità

Metrologia della salinità degli oceani

Health

Analisi della esposizione umana a campi EM in ambito biomedicale

Preparazione e caratterizzazione di nanoparticelle magnetiche funzionali per applicazioni biomedicali e studio del legame di affinità con il recettore per complessi-bersaglio ad alta specificità

8/62

Industrial leadership: addressing the innovation gap Obiettivi Strategici Principali Risultati Attesi

Traceability & dissemination of SI units

Messa in opera di un comparatore criogenico di corrente per la riferibilità al EHQ

Estensione del riferimento di capacità alle frequenze di 10 MHz con miglioramento della affidabilità

Sviluppo di un nuovo and campione di trasferimento riferibile di potenza in alta frequenza fino a 220 GHz

Sviluppo e riferibilità di misure magnetiche di nano strutture per rivelazione

Estensione del campione di conducibilità elettrolitica a valori molto alti e molto bassi

Industry-driven projects Metodi di calibrazione efficiente di sensori di potenza industriali fino a 110 GHz

Key & enabling technologies

Nuovi materiali nanostrutturati con funzionalità aggiunte per trasporto di carica e spin e manipolazione di dinamiche di magnetizzazione: semiconduttori magnetici diluiti, grafene, polimeri conduttivi, schiere di nanofili and nanodots

Tecnologie per dispositive e materiali nanostrutturati: nanogiunzioni, rivelatori a nanobolometro, self-assembly sotto i 50 nm

Generazione, rivelazione e simulazione micromagnetica di effetti termoelettrici e correnti di spin (effetti Seebeck e spin-Seebeck)

Service to industry and society


Attività di taratura e prova

Certificazione di prove e tarature

Attività per sistema di qualità (audit interni, procedure di misura, mantenimento di CMC)

Servizio di audit per l’ente italiano di accreditamento (ACCREDIA)

Trasferimento tecnologico Consulenza e formazione scientifica e tecnica sulle misure

9/62

Gli obbiettivi strategici e i risultati principali sono perseguiti nell’ambito dei nove progetti PE1-9.

Progetto Obbiettivo PE1: Implementation of the International System of units (SI)

Coordinatore: L. Callegaro

Referenti principali:

V. Basso. P.P. Capra,

F. Durbiano

1) Sviluppo di un generatore Josephson di tensioni arbitrarie (EMRP 2012 "Q-wave", MIUR Premiale P4, PRIN 2009) in cryocooler

2) Messa in opera di una nuova scala di resistenza in regime continuo basata su comparatore di correnti criogenico

3) Facility di taratura per DC current transducers (DCCT) per forti correnti; INRIM pilota del confronto EURAMET.EM-S35

4) Estensione della scala di piccole correnti a 1 nA (MIUR Premiale P4) 5) Estensione dei campioni di tensione e corrente in regime alternato verso la

radiofrequenza 6) Realizzazione del farad "quantistico" con ponti digitalmente assistiti (EMRP

2012 "AimQuTE" e MIUR Premiale P4) 7) Estensione della scala di piccole capacità in radiofrequenza (100 MHz) con

il metodo S-matrix (collaborazione METAS) 8) Riferibilità delle misure di rumore elettrico alle frequenze acustiche 9) Estensione del campione di conducibilità elettrolitica a valori estremi di

conducibilità (acqua ultrapura e acqua di mare: EMRP 2010 "Ocean") 10) Partecipazione a confronto EURAMET sulla densità di flusso magnetico

(magnetometria NMR)

PE2: Quantum metrology

Coordinatori: E. Monticone, A. Sosso

1) Sviluppo di array sia SNS che SNIS per il trasferimento di forme d’onda perfettamente quantizzate in misure pratiche di tensioni con campionamento, anche sviluppando sistemi operanti in cryocooler (Progetto EMRP2012 QWave)

2) Realizzazione di giunzioni per elettronica singolare tramite FIB: contribuendo al progetto MICROPHOTON EMRP 2012, questa ricerca sarà diretta alla standardizzazione della misura criogenica di sistemi quantistici governati dalle leggi dell’elettronica singolare

3) Realizzazione e caratterizzazione di giunzioni mesoscopiche per un campione di corrente per la chiusura del triangolo metrologico (progetto premiale P4 wp 1 e 4) e per rivelatori SQUID

4) Implementazione di nanofili di Ti per meandri e resistori in grado di verificare il quantum phase slip

5) Realizzazione di nanoSQUID con superconduttori a bassa e alta Tc per misure di piccoli segnali (Progetto MetNEMS EMRP 2011)

PE3 Smart Energy networks Coordinatori: G. Crotti, U. Pogliano

Il Progetto si propone di fornire il quadro metrologico di riferimento per le misure di energia, di potenza in regime non sinusoidale e della qualità della potenza (PQ). I risultati che si intendono conseguire nel triennio sono: 1) La costruzione della riferibilità per le misure di potenza elettrica, di energia

e di qualità della potenza in condizioni non sinusoidali e lo sviluppo di sistemi di taratura per trasduttori e sistemi con uscita analogica e digitale

2) Lo sviluppo di algoritmi per: a) l’accurata determinazione di componenti armoniche in forme d’onda distorte; b) la valutazione dei parametri che caratterizzano la PQ; c) la ricostruzione dei fasori

3) La realizzazione e sperimentazione di sistemi di misura riferibili di PQ basati su trasformatori non-convenzionali e la messa a punto di un banco per la verifica delle loro prestazioni metrologiche

4) La realizzazione di un sistema di riferimento per tarature in sito di sistemi di misura AC in alta tensione

PE4 Sustainable electric power Coordinatore: M. Zucca

L’obbiettivo del progetto è quello di migliorare la sostenibilità nella produzione e nell’utilizzo dell’energia elettrica puntando in particolare al miglioramento del rendimento energetico dei dispositivi. I principali risultati attesi nel prossimo triennio, sono i seguenti: 1) Determinazione dei parametri di influenza dell’efficienza di microgeneratori

magnetostrittivi 2) Comportamento fisico di materiali magnetocalorici: a base LaFeSi, a base

Fe2P e a base Mn 3) Preparazione e caratterizzazione di materiali a base Mn senza terre rare 4) Misure di anisotropia magnetica e dei cicli di isteresi nei magneti

10/62

permanenti in funzione della temperatura con metodo PFM 5) Perdite di lamierini sottili dello spessore di 20 micron, a base Fe-Co e Fe-

Si, con analisi 1D/2D fino a 10 kHz 6) Caratterizzazione e studio dei modelli fisici della permeabilità magnetica e

delle perdite fino alla frequenza di 1 GHz in leghe dolci 7) Sviluppo e validazione di un codice di calcolo per la determinazione delle

perdite in dispositivi magnetici innovativi PE5: Electromagnetic fields, EMC and human health Coordinatore: O.Bottauscio

1) Sviluppo di modelli e metodi di misura avanzati per la dosimetria elettromagnetica

a) modelli numerici validati per la stima delle grandezze dosimetriche indotte per effetto dell’esposizione a campi elettromagnetici b) valutazione dell’esposizione umana nella diagnostica MRI e alla radiazione elettromagnetica nel campo dei THz c) analisi degli effetti fisici conseguenti alle terapie di stimolazione elettromagnetica transcranica

2) Produzione e caratterizzazione di nanoparticelle magnetiche funzionalizzate

a) ruolo del rivestimento o della matrice sulle proprietà magnetiche di aggregati di nanoparticelle b) stabilità di soluzioni disperse di nanoparticelle e definizione del rivestimento ottimale per il miglioramento delle proprietà magnetiche in applicazioni di rilascio di farmaci e ipertermia c) impiego di tecniche di misura di conducibilità elettrolitica per la valutazione di fasi Fe2O3 e Fe3O4 e la stabilità di sospensioni in acqua con solventi polari

3) Modelli numerici per lo studio dei fenomeni di affinità fra superfici funzionalizzate e molecole obiettivo

a) analisi dell’affinità recettore-ligando per diversi sistemi biomolecolari b) supporto alla progettazione di complessi probe-target ad elevata specificità

PE6: Nanotecnology

Coordinatore: G. Amato

1) Trasferimento di strati di grafene da CVD su substrati isolanti: SiO2, PMMA, BN

2) Strutturazione di semplici dispositivi in grafene 3) Misure di mobilità elettrica e lunghezza di coerenza di spin in grafene 4) Simulazione di dispositivi Hall in grafene 5) Campioni di Dilute Magnetic Semiconductors (DMS) nano strutturati

(nanodots e nanowires di Ge:Mn) e nanofili di silicio 6) Dispositivi MOS a DMS per il controllo elettrico di magnetizzazione 7) Applicabilità delle nuove tecnologie nanolitografiche su larga area alla

crescita e strutturazione di film con elevato ordine strutturale

PE7: Nanomagnetism

Coordinatori: G. Durin,

P. Tiberto

1) Realizzazione e caratterizzazione sperimentale di strutture e nanostrutture magnetiche in forma di film sottili e multilayer sia metallici che ibridi es. array di dot/anti-dot per il magnetotrasporto e la generazione di spinwaves, strutture/array di asteroidi per studi di dinamica di vortici/anti-vortici,nanostrip con magnetizzazione in piano e fuori dal piano

2) Studio dell'interazione degli spin elettronici e dinamica di magnetizzazione per applicazioni alla magneto-elettronica (spintronica) come memorie, dispositivi logici e sensori

3) Controllo della magnetizzazione con correnti spin-polarizzate in nanostrutture magnetiche, considerando gli effetti termici spin-Seebeck ed spin-orbita (Rashba, spin Hall, etc.)

4) Sintesi e caratterizzazione di nano particolati ed inclusioni magnetiche per applicazioni varie (industriali, ICT, biologiche, mediche, archeologia, datazione ecc)

5) Sviluppo di modelli teorici e simulazioni di dinamica non-lineare con codici micromagnetici basati su calcolo parallelo

PE8: RF -Microwaves and THz gap Coordinatore: L. Brunetti

Nel progetto sono studiati campioni e sistemi di misura di potenza e parametri di scattering (S) in onda millimetrica e la spettrometria nel dominio del tempo al THz. Gli obbiettivi proposti ed i risultati attesi sono: 1) Sviluppo di campioni di potenza e parametri S e studio della loro riferibilità ed

incertezza di misura

11/62

2) Realizzazione di un Time-domain Spectrometer al THz e relativo studio dell’incertezza

3) Realizzazione di un micro calorimetro in guida d’onda millimetrica (110 GHz) 4) Studio di un comparatore quasi-ottico per definire un metodo alternativo al

trasferimento del campione di potenza 5) Caratterizzazione dei materiali -permettività e permeabilità- RF e microonde

PE9: Calibration and testing Coordinatore: C. Cassiago Referenti principali: F. Galliana, A. Sardi

1) Indagine a livello internazionale delle possibilità di sviluppo e qualificazione dell’attività di certificazione tecnica della Divisione investigando esigenze di riferibilità di Istituti metrologici Nazionali di paesi emergenti

2) Analisi dei servizi di taratura forniti dalla Divisione al fine di migliorarne l’offerta, evitando la sovrapposizione con servizi forniti dai Laboratori accreditati

3) Sviluppo delle capacità di prova al fine di coprire l’esigenza di laboratori di parte terza per la verifica di rispondenza alla normativa tecnica di apparecchiature elettriche ed elettroniche

4) Interfacciamento con Il Servizio tecnico per le attività rivolte ai laboratori di taratura (SAL) allo scopo di programmare e gestire al meglio le risorse della Divisione (es. confronti di misura interlaboratorio) e con il Sistema della Qualità INRIM, allo scopo di snellire le criticità dell’applicazione del medesimo nei laboratori della Divisione

5) Analisi del INRIM programma di certificazione per renderlo applicabile a tutte le realtà della Divisione e in armonia con i requisiti del Sistema della Qualità

6) Studio di fattibilità per il soddisfacimento dei requisiti per l’accreditamento come test provider (in accordo a ISO/IEC 17043) per confronti inter laboratorio nazionali e internazionali

DESCRIZIONE DEI PROGETTI E PRINCIPALI RISULTATI ATTESI

PE1 Miglioramento del sistema internazionale delle unità (SI) Il progetto si occupa della realizzazione e riproduzione delle unità elettriche e magnetiche del sistema internazionale SI, e della realizzazione delle scale multiple e sottomultiple delle unità stesse. L’attività prevista è la ricerca sui campioni, i sistemi e metodi di misura, nonché le tecniche di calibrazione per campioni materiali; inoltre si occupa dello sviluppo delle scale di riferibilità in modo da soddisfare le nuove richieste di riferibilità che scaturiscono da altri progetti dell’INRIM, dai centri di taratura, e dal mondo scientifico e industriale; infine vi è la partecipazione ai confronti metrologici internazionali CCEM, CCQM e EURAMET. Enfasi particolare è rivolta alla revisione prevista del SI, che definisce le unità di misura a partire dalle costanti fondamentali di natura, e chiede lo sviluppo di nuovi campioni basati su effetti quantistici. Principali attività previste per il periodo 2013-2015, con relativi finanziamenti e cooperazioni:

1) Sviluppo di un sintetizzatore di tensione basato su schiera di giunzioni Josephson come campione quantistico in AC. Progetto premiale MIUR P4, wp4, 2012 JRP “Q Wave” e PRIN 2009;

2) Implementazione di una nuova scala di riferibilità di resistenza, basata su un comparatore criogenico di corrente che migliori le CMC dell’INRIM e permetta lo studio di nuovi dispositive per QHR, compresi gli array;

3) Realizzazione di una facility per la calibrazione di trasduttori DC di corrente (DCCT) nel range 10-600 A, dichiarazione di CMC sui rapport di alte correnti. INRIM pilota del confronto internazionale EURAMET EM-S35 “"High DC current ratio";

4) Estensione delle scale di tensione e corrente in regime alternato verso la radiofrequenza (100 MHz); 5) Implementazione di ponti di impedenza assistiti digitalmente per la realizzazione del "quantum

farad", ovvero unità e scala di capacità direttamente riferibile all'effetto Hall quantistico (Progetto Premiale MIUR WP4, e EMRP 2012 "Aim QuTE");

6) Estensione della scala di capacità elettrica per frequenze sino a 100 MHz, nuova implementazione del metodo S-matrix con analizzatori di reti vettoriali, ed espressione dell'incertezza con il metodo GUM-tree (collaborazione con METAS, Svizzera);

7) Metodi di misura del rumore, riferibili alle unità SI, e con sensibilità sino al pV/sqrt(Hz) nella banda audio;

12/62

8) Estensione del campione di conducibilità elettrolitica verso conducibilità ultra-basse e molto elevate, e anche per materiali non in soluzione acquosa. Implementazione della produzione di materiali di riferimento certificati. EMPR 2009 "Biofuels" e EMRP 2010 "Ocean";

9) Implementazione di un nuovo campione di induzione magnetica per bassi campi magnetici, basato sulla risonanza magnetica nucleare.

PE2 Metrologia quantistica elettromagnetica Il progetto si occupa dello studio e realizzazione di dispositive e sistemi di misura basati sulla quantizzazione della carica, del quanto di flusso e del numero di fotoni, per la metrologia elettromagnetica e l’informazione quantistica. La riferibilità della metrologia elettrica DC ai campioni quantistici è saldamente stabilita, ma stanno sviluppandosi applicazioni nuove che richiedono specifici obbiettivi. Nel campo delle misure di tensione è richiesta una miglior precisione nella calibrazione di segnali variabili nel tempo a seguito delle accresciute prestazioni di dispositivi e strumentazione a semiconduttore. Questo è possibile tramite il campione Josephson in AC che è in grado di fornire sia una alta precisione che un basso rumore, permettendo la calibrazione di segnali dipendenti dal tempo con la stessa precisione oggi ottenibile in continua. Per aumentare il numero di potenziali utilizzatori di campioni quantistici, è necessario l’utilizzo di dispositivi in grado di funzionare in un ambiente senza liquidi criogenici, che vanno quindi realizzati e misurati. Un grande impatto sia dal punto di vista scientifico che della riferibilità delle grandezze elettriche è legato alla messa in opera di un campione quantistico di corrente evoluto. Verranno allo scopo studiati e sperimentati sia il SET ibrido con metallo e superconduttore che la proposta di Moji per il salto di fase quantistico, QPS, in nanofilo superconduttore di larghezza inferiore alla lunghezza di coerenza. Principali risultati attesi: Sviluppo di array sia SNS che SNIS per il trasferimento di forme d’onde perfettamente quantizzate in misure pratiche di tensioni con campionamento, utilizzando dispositivi operanti in cryocooler. Realizzazione di SET tramite FIB: contribuendo al progetto MICROPHOTON EMRP 2012, questa ricerca sarà diretta alla standardizzazione della misura criogenica di sistemi quantistici governati dalle leggi dell’elettronica singolare. La innovativa ricerca in campi quali la rivelazione di fotoni a microonda e la computazione quantistica richiede una sostanziale revisione delle tecniche di fabbricazione per la realizzazione di giunzioni mesoscopiche. Implementazione di nanofili di Ti per meandri e resistori in grado di verificare metrologicamente il QPS. (Dettagli su queste attività sono riportate nel progetto premiale P4, wp 1 e 4.) PE3 Reti di energia intelligenti Una rete europea di trasmissione e distribuzione dell’energia, sostenibile, efficiente e sicura, deve evolvere verso un sistema intelligente in grado di gestire e regolare il flusso bidirezionale di potenza generata e assorbita dai diversi nodi in presenza di generazione distribuita da fonti rinnovabili. Essa necessità quindi di continue informazioni e del controllo costante del suo stato. Questi aspetti rendono cruciale la misura e il monitoraggio della quantità e della qualità dell'energia, elementi il cui sviluppo costituisce una delle linee di attività identificate da Horizon 2020 per il raggiungimento dell'obiettivo di un'energia sicura, pulita ed efficiente. In questo contesto, il progetto mira a stabilire il quadro metrologico per le misure della potenza elettrica, in regime non sinusoidale e della qualità dell'energia, mediante il raggiungimento di tre obiettivi principali.

1) Riferibilità per le misure di potenza elettrica, di energia e di qualità della potenza in condizioni non sinusoidali.

La riferibilità sarà sviluppata a partire dalle unità di tensione e la resistenza riprodotte dagli effetti Josephson e Hall quantistico. L’estensione dei campi di misura sarà ottenuta mediante divisori di tensione o con la trasformazione della corrente in una tensione adeguata per il campionamento, le tensioni così ottenute saranno quindi campionate e trattate dai sistemi di acquisizione. Tutte queste attività saranno svolte nell'ambito dei progetti PRIN e Progetto premiale P3. Principali risultati attesi: Riferibilità per segnali di tensione e di corrente non-sinusoidali. Estensione delle capacità di taratura.

2) Sistemi e strumenti per un’accurata riduzione delle grandezze di misura nelle reti di trasmissione e distribuzione.

13/62

La misura di energia e potenza nelle reti in media e alta tensione implica la riduzione dei livelli di tensione e corrente a valori compatibili con quelli degli strumenti di misura. In questo contesto verranno realizzati sistemi di riferimento per la taratura e la caratterizzazione di precisione dispositivi di misura basati su trasduttori elettronici di corrente e tensione di nuova generazione con basso livello di potenza in uscita. Nell’ambito del progetto premiale 2012, le capacità di taratura verranno estese a segnali di ampiezza e contenuto armonico pari a quelli che si riscontrano nelle reti di trasmissione e distribuzione, con particolare riferimento alle misure di interesse per la valutazione della qualità della potenza. Il problema dell’assicurazione della riferibilità delle misure effettuate con trasduttori elettronici di media e alta tensione con uscita digitale e dei concentratori di segnale associati verrà affrontato nell’ambito di una collaborazione con RSE S.p. A. Milano. Principali risultati attesi: Trasduttori di riferimento di nuova architettura per la riduzione dei livelli di tensione e corrente Sistemi di riferimento per la taratura di trasformatori di corrente e tensione non convenzionali con uscita analogica e digitale.

3) Sistemi, metodi e algoritmi per il monitoraggio, la diagnostica e il controllo di “Smart Grid” in presenza di fonti a energia rinnovabile.

Nell’ambito del progetto EMRP ENGO4 verranno sviluppati sistemi per la caratterizzazione di misuratori di fase sincronizzati che includano algoritmi per: a) l’accurata determinazione di componenti armoniche in forme d’onda distorte; b) la valutazione dei parametri che caratterizzano la Qualità della Potenza (PQ); c) la ricostruzione dei fasori. Con riferimento alle misure in media tensione, verranno realizzati dei campioni secondari per tarature in sito e misure di PQ. Verranno inoltre messi a punto sistemi di generazione che consentano la riproduzione delle effettive condizioni di misura riscontrabili sulle reti in media tensione. Nell’ambito del progetto EMRP ENG04 verranno effettuate misure di PQ in siti caratterizzati dalla presenza di sorgenti di energia da fonti rinnovabili con il triplice scopo di ottimizzare le procedure di misure, identificare gli elementi critici e analizzare i livelli di incertezza ottenibili in campo. Principali risultati attesi: Sistemi di generazione e misura per tarature in-situ e misure di qualità della potenza. Banco di riferimento per la verifica delle prestazioni metrologiche di sistemi di misura di qualità della potenza. PE4 Nuovi materiali e tecnologie per l’efficienza e il risparmio energetico L’obiettivo del progetto è quello di migliorare la sostenibilità nella produzione e nell’utilizzo dell’energia elettrica puntando, in particolare, al miglioramento del rendimento energetico dei dispositivi. L’efficienza di molti dispositivi elettrici, in particolare dei generatori, dei motori, degli attuatori e dei sensori, può essere migliorata nella fase di progetto ricorrendo all’utilizzo di materiali per la conversione dell’energia con caratteristiche migliorate, ovvero pensando all’adozione di nuovi materiali e perseguendo il miglioramento della loro caratterizzazione. Ciò comporta lo studio di materiali magnetici dolci con elevata permeabilità e basse perdite di energia, di materiali magnetici duri per la realizzazione di magneti permanenti e di materiali funzionali che accoppiano la variazione di una particolare grandezza fisica al processo di magnetizzazione, quale ad esempio la temperatura (effetto magnetocalorico) o le dimensioni (effetto magnetostrittivo). In questo contesto il ruolo di un NMI è quello di essere soggetto attivo negli sviluppi della ricerca del settore, concentrando gli sforzi, come impone la sua missione, nella caratterizzazione dei materiali e nello sviluppo dei relativi modelli fisici. Nel contesto del programma “Horizon 2020”, si sottolinea che le parole chiave “Advanced materials”, sono evocate anche in riferimento ad una industria sostenibile, che assorba minore energia e riduca le emissioni di anidride carbonica. Vale la pena dire a questo proposito, che i materiali magnetocalorici dovrebbero fornire un miglioramento dell'efficienza nei sistemi di raffreddamento di circa il 20%. Alcuni risultati attesi, legati a progetti finanziati sono specificati nel seguito. Materiali funzionali

1) Analisi modellistica e sperimentale dei parametri di influenza dell’efficienza di micro generatori magnetostrittivi. (Progetto premiale, finanziato dal MIUR, WP1, e progetto EMRP ENG 02, 2013).

2) Studio del comportamento fisico di materiali magnetocalorici: a base LaFeSi, a base Fe2P e a base Mn (Progetto DRREAM FP7, 2014) e della relazione tra origine microscopica del magnetismo ed effetto magnetocalorico ottimale a temperatura ambiente (Progetto DRREAM citato).

3) Preparazione e caratterizzazione di magneti permanenti massivi a base Mn senza terre rare (collab. con SATIE-ENS, Cachan).

14/62

4) Studio dell’anisotropia magnetica e dei cicli di isteresi nei magneti permanenti in funzione della temperatura mediante il metodo PFM (Pulsed Field Magnetometry). (Progetto premiale P3,WP3, 2014).

Materiali magnetici dolci

1) Modelli e misure 1D/2D, fino a 10 kHz, delle proprietà magnetiche e delle perdite di lamierini sottili dello spessore di 20 micron, a base Fe-Co e Fe-Si. Caratterizzazione e studio dei modelli fisici della permeabilità magnetica e delle perdite fino alla frequenza di 1 GHz in diverse leghe di materiali magnetici dolci.

2) Programmi di calcolo e attività sperimentale su dispositivi 3) Sviluppo di un codice di calcolo per la determinazione delle perdite in dispositivi magnetici innovativi. 4) (Progetto premiale P3, WP1, 2013).

PE5 Elettromagnetismo per la salute umana Le attività di ricerca nel campo del bioelettromagnetismo hanno un ruolo importante su tematiche relative alla salute dell’uomo. In questo ambito, saranno perseguite due tematiche di ricerca riguardanti l’interazione fisica tra campi elettromagnetici e entità biologiche e le interazioni elettrostatiche a livello molecolare. Per quanto concerne il primo tema, si intende sviluppare strumenti avanzati per la dosimetria elettromagnetica da applicare alla valutazione dell’esposizione umana ai campi elettromagnetici presenti in ambiente MRI e alla radiazione nella regione del THz. Con riferimento al secondo tema, saranno approfonditi gli studi di affinità di legame tra superfici funzionalizzate (e.s. nanoparticelle) e specifiche molecole bersaglio. Saranno inoltre sviluppate tecniche di caratterizzazione di nanoparticelle magnetiche per applicazioni diagnostiche e terapeutiche, quali biomolecular sensing, rilascio mirato di farmaci e ipertermia. In particolare, la ricerca si articolerà nei seguenti ambiti: Sviluppo di modelli e metodi di misura avanzati per la dosimetria elettromagnetica I principali risultati attesi sono: a) modelli numerici validati per la stima delle grandezze dosimetriche indotte per effetto dell’esposizione a campi elettromagnetici, b) valutazione dell’esposizione umana nella diagnostica MRI e alla radiazione elettromagnetica nel campo dei THz, c) analisi degli effetti fisici conseguenti alle terapie di stimolazione elettromagnetica transcranica. Produzione e caratterizzazione di nanoparticelle magnetiche funzionalizzate I principali risultati attesi sono: a) ruolo del rivestimento o della matrice sulle proprietà magnetiche di aggregati di nanoparticelle, b) stabilità di soluzioni disperse di nanoparticelle e definizione del rivestimento ottimale per il miglioramento delle proprietà magnetiche in applicazioni di rilascio di farmaci e ipertermia, c) impiego di tecniche di misura di conducibilità elettrolitica per la valutazione di fasi Fe2O3 e Fe3O4 e la stabilità di sospensioni in acqua con solventi polari. Modelli numerici per lo studio dei fenomeni di affinità fra superfici funzionalizzate e molecule obiettivo I principali risultati attesi sono: a) analisi dell’affinità recettore-ligando per diversi sistemi biomolecolari, b) supporto alla progettazione di complessi probe-target ad elevata specificità. PE6 Nanotecnologie Una grande sfida in Nanotecnologie è lo sviluppo di nuovi materiali e dispositivi che consentono un preciso controllo di singoli quanti di carica e / o spin. Per raggiungere tale obiettivo, è richiesto di aggiungere funzionalità ai materiali nanostrutturati e / o il loro inserimento in un nanodispositivo. Si segnalano tre principali obbiettivi e risultati attesi.

1) Un obiettivo principale sarà una tecnologia affidabile per la deposizione di grafene su larga area, fondamentale per una varietà di applicazioni, come il QHE a temperatura ambiente, trasporto di spin, sensori magnetici (ad esempio il rilevamento di nanoparticelle magnetiche), sonde locali di campi elettrici o cariche con alta sensibilità, etc. Verrà utilizzato un nuovo approccio di post-trattamento per la riduzione degli strati di grafene depositati, e per il loro trasferimento su opportuni substrati o la realizzazione di grafene sospeso.

2) Un altro aspetto fondamentale è la deposizione controllata di schiere di nanostrutture di DMS (semiconduttori magnetici diluiti) da MBE. In questo caso, le proprietà di trasporto superiori dei semiconduttori sono abbinati con il magnetismo dovuto ad a impurezze di doping (principalmente Mn). Sono previsti dispositivi in cui la risposta magnetica può essere azionata per mezzo di campi elettrici e correnti.

3) Infine, il progetto tenderà a ridurre il limite per le tecniche litografiche avanzate, come EBL o FIB per realizzare o migliorare i dispositivi per la metrologia quantistica (SET, giunzioni Josephson submicrometriche), o ad accoppiarle con altri approcci (Self-Assembly litografia di nanosfere e

15/62

copolimeri a blocchi). Tali sforzi sono di grande importanza strategica per l'ulteriore riduzione dei dispositivi o la litografia 3D.

PE7 Nanomagnetismo Il nanomagnetismo come branca delle nanoscienze è basata sui principi di organizzazione come il confinamento geometrico, la prossimità fisica e l'auto-organizzazione chimica. La motivazione risiede nella richiesta di magneti permanenti molto intensi, nei mezzi di registrazione ad altissima densità, nei sensori magnetici e nella strategie di sensori nano-biomagnetici. Il progetto affronta le sfide e i problemi scientifici che includono le strategie di fabbricazione e gli esperimenti che esplorano i nuovi effetti di spin, sia nei metalli che nei sistemi ibridi (semiconduttori magnetici diluiti, grafene, sistemi ferroelettrici), ed anche i modelli teorici che mirano a comprendere i fenomeni osservati. Scopo del progetto saranno lo studio delle proprietà elettromagnetiche e le loro applicazioni in una varietà di sistemi magnetici, dalle particelle isolate, ai nanodots, nanofili, film sottili e multilayers. Si prevedono i seguenti obbiettivi e risultati:

1) Realizzazione e caratterizzazione di nano-strutture magnetiche in film sottili magnetici e multilayer in sistemi metallici e ibridi, come array di anti-dot per il magnetotrasporto e la generazione di spinwaves, strutture/array di asteroidi per studi di dinamica di vortici/anti-vortici, nanostrip con magnetizzazione in piano e fuori dal piano. In questo contesto, saranno studiati il design di sensori a magnetoresistenza anisotropica e a spin-valve per applicazioni come sensori biomagnetici.

2) Studio dell'interazione degli spin elettronici con lo stato di magnetizzazione nelle nanostrutture, per applicazioni alla magneto-elettronica (spintronica) come memorie, dispositivi logici e sensori per comprendere i processi di inversione della magnetizzazione in mezzi strutturati policristallini per applicazioni nella sensoristica e nei dispositivi a memorie magnetiche.

3) Controllo totale dello stato di magnetizzazione mediante correnti polarizzate di spin in strutture nanomagnetiche. L'effetto spin-Seebeck ed altri nuovi effetti di spin-torque (spin-orbita, Rashba, spin Hall) saranno studiati in dettaglio. Verrà anche studiata la generazione e la propagazione di onde di spin per stabilire una connessione chiara tra la geometria e le proprietà di scattering delle onde per lo sviluppo di dispositivi magnonici, come filtri sintonizzabili.

4) Continuo sviluppo degli aspetti generali della dinamica di magnetizzazione attraverso modelli teorici e implementazione di strumenti micromagnetici basati su GPU ad alte prestazioni. Verrà studiata la dinamica di magnetizzazione non lineare di nanosistemi (singole particelle, nanodots) considerando le interazioni della magnetizzazione con il trasporto elettronico, il ruolo delle fluttuazioni termiche e l'instaurarsi di dinamiche caotiche. Simulazioni basate sul micromagnetismo considereranno processi di magnetotrasporto, dinamiche di magnetizzazione controllati da effetti di spin torque, e processi di pinning/depinning di pareti di dominio.

5) Studio di dispositivi elettromagnetici basati sulla manipolazione e controllo della carica e dello spin elettronico per applicazioni metrologiche e ITC.

PE8 RF, microonde e TeraHertz gap Applicazioni scientifiche e militari, quali la ricerca sul clima, la rivelazione a distanza e la spettroscopia, anche per radar ad alta risoluzione, nonché un gran numero di applicazioni commerciali quali la comunicazione wireless short-range, il radar per auto motive, la strumentazione di sicurezza e la diagnostica medica, stanno valutando l’impiego di lunghezze d’onde più corte, a causa di precisi vantaggi quali maggiori velocità di trasferimento dei dati, miniaturizzazione e più elevata risoluzione spaziale, ma hanno bisogno di un adeguato supporto metrologico. La potenza ad alta frequenza (HF) è la più importante delle grandezze chiave in onda millimetrica che oggi possano essere misurate con confidenza oltre 100 GHz, a causa di una difficoltà di riferibilità al SI. Questa riferibilità richiede lo sviluppo di sensori e calorimetri di trasferimento riferibili sia per la guida d’onda che per la linea coassiale: quest’ultima può essere usata fino a 110 GHz, mentre sistemi in guida possono lavorare nel cosiddetto THz gap. Poiché un singolo laboratorio nazionale non può sviluppare e mantenere tutti i sistemi per la riferibilità in HF, si propone di lavorare in un consorzio europeo degli istituti metrologici in modo da avere come obbiettivo lo sviluppo di metodi e campioni di misura riferibili per la potenza HF tra 50 e 300 GHz, con l’intento di estenderli nel THz gap. In questo ambito il laboratorio INRIM intende svolgere due obiettivi:

1) Progetto e realizzazione di un nuovo micro calorimetro in guida d’onda per frequenze fino a 220 GHz basato su un termostato secco e carichi termici di tipo termoelettrico.

2) Studio e realizzazione di comparatori e riflettometri quasi-ottici per definire un metodo alternativo alla calibrazione di trasferimento di potenza basata su sistemi tradizionali a guida d’onda cava.

16/62

PE9 Calibrazioni e misure di prova Il progetto contribuisce sia all’attività di riferibilità che a quella vera e propria di misura e prova. L’obiettivo è il mantenimento delle capacità di misura e prova delle grandezze elettromagnetiche, così da fornire un supporto ai laboratori e alle organizzazioni e industrie di misura e di prova. L’attività continuativa prevede:

1) Il mantenimento dei riferimenti e delle capacità di misura (CMC) nel campo delle grandezze elettriche (campioni, strumentazione e materiali);

2) Il supporto al sistema di qualità INRIM, il mantenimento e sviluppo di procedure di calibrazione e prova, l’implementazione degli audit interni e la taratura dei campioni interni alle divisioni dell’INRIM;

3) La collaborazione al sistema Italiano di accreditamento (ACCREDIA) attraverso il servizio tecnico per i laboratori di calibrazione (SAL).

L’attività di sviluppo è rivolta a:

1) analisi dei sevizi di calibrazione e prova forniti per migliorare e espandere l’offerta, dando priorità ai livelli qualitativi più alti;

2) investigazione a livello internazionale sulla possibilità di sviluppo e qualificazione della certificazione tecnica con la finalità di attivare un servizio anche per laboratori non italiani;

3) studio di fattibilità per ottenere l’accreditamento come test provider qualificato (in accordo con la ISO/IEC 17043) sia per i confronti nazionali che inter-laboratorio.

17/62

RISORSE FINANZIARIE DISPONIBILI (k€) **

Descrizione 2013 2014 2015

Contratti con piano spesa approvato 490.5

Progetti premiali 1060

Tarature e prove 770

Tot 2320.5 1607.5 1503.5

contratti di ricerca senza piano spesa approvato 340

Tot 2660.5 1607.5 1503.5

(**) Qui, come in seguito, per gli anni 2014 e 2015 non sono conteggiati introiti da possibili progetti premiali.

SPESA PREVISTA PER LA REALIZZAZIONE DEI PROGETTI (k€)


Investimento 1420

Funzionamento 650.3

Missioni 137.6

Personale 402.8

Totale 2610.7 1702 1586

RISORSE UMANE

Personale al 31/12/2012 Ricercatori Tecnologi Tecnici Totale

TI TD TI TD TI TD

28 3 8 21 60

Ulteriori risorse umane

Programmazione fabbisogno personale nel triennio (TD non ricadono sul FOE)

(*) Richieste soggette al quadro normativo di riferimento.

Programmazione fabbisogno altro personale nel triennio (non ricadono sul FOE)

Assegnisti Borsisti Dottorandi Associati e incarichi

Totale

2 4 10 20 36

Anno Ricercatori Tecnologi Tecnici Totale

TI* TD TI* TD TI* TD

2013 1 2 3

2014 1 2 1 1 5

2015 1 2 1 1 5

Anno Assegnisti Borsisti Dottorandi Totale

2013 5 4 5 14

2014

2015

18/62

RISORSE STRUMENTALI E INFRASTRUTTURE

Programma Strumentazione richiesta Spesa prevista (k€)

E4 (fondi progetto

premiale P4)

Sistema magnetometro 330

E3 Sistema per generazione azioni di torsione controllate 150 E2 Mask aligner e pattern generator 150

Programma Intervento strutturale richiesto Anno Spesa prevista (k€)

E1 Centrale termica edificio C 2013-2015 50+250+250

E2 Ristrutturazione seconda parte QR 2013-2014 150

E3 Laboratorio alte tensioni 2013-2014 50

E1 Pompe lab. criomagnetico 2013 20

E1 Allestimento laboratorio THz Metrology 2013 10

Con riferimento alle cifre complessive assegnate alla divisione Elettromagnetismo sulla base del Bilancio di Previsione 2013, viene fatta la seguente assegnazione ai programmi (cifre in k€): Prima assegnazione 2013 Investimento Funzionamento

Div/ cap 59 60 61 17 18.1 18.2

E0 100 123 340 110 55 -

E1 43 50 15 25 15 26

E2 62 - 15 62,5 15 -

E3 46 82 15 18 15 37

E4 49 30 15 34,5 15 17

Totale 300 285 400 250 115 80

19/62

Programma E1- Metrologia Elettromagnetica Responsabile: Luca Callegaro

Personale impegnato (TPE) Personale 2013 2014 2015

TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 9,7 0,7 9,7 2 9,7 1

Tecnici (CT e OT) 7,8 0 7,8 1 8,8 0 Tot. 17,5 0,7 17,5 3 18,5 1

Ulteriori risorse umane associati

1,2 associati

3,2 associati

3,2

Totale 19,4 + associati 23,7 + associati 22,7 + associati Articolazione del programma Progetto E1 - Miglioramento del sistema internazionale delle unità (SI)

Sviluppo di un generatore Josephson di tensioni arbitrarie (EMRP 2012 "Q-wave", MIUR Premiale P4, PRIN 2009) in cryocooler Messa in opera di una nuova scala di resistenza in regime continuo basata su comparatore di correnti criogenico Facility di taratura per DC current transducers (DCCT) per forti correnti; INRIM pilota del confronto EURAMET.EM-S35 Estensione della scala di piccole correnti a 1 nA (MIUR Premiale P4) Estensione dei campioni di tensione e corrente in regime alternato verso la radiofrequenza Realizzazione del farad "quantistico" con ponti digitalmente assistiti (EMRP 2012 "AimQuTE" e MIUR Premiale P4) Estensione della scala di piccole capacità in radiofrequenza (100 MHz) con il metodo S-matrix (collaborazione METAS) Estensione del campione di conducibilità elettrolitica a valori estremi di conducibilità (acqua ultrapura e acqua di mare: EMRP 2010 "Ocean")

Progetto E2 - Metrologia quantistica elettromagnetica Trasferimento di forme d’onda perfettamente quantizzate in misure pratiche di tensioni con campionamento, anche sviluppando sistemi operanti in cryocooler (Progetto EMRP2012 QWave) Campione di corrente per la chiusura del triangolo metrologico (progetto premiale P4 wp 1 e 4)

Progetto E3 Reti di energia intelligenti Costruzione della riferibilità per le misure di potenza elettrica, di energia e di qualità della potenza in condizioni non sinusoidali e lo sviluppo di sistemi di taratura per trasduttori e sistemi con uscita analogica e digitale Lo sviluppo di algoritmi per: a) l’accurata determinazione di componenti armoniche in forme d’onda distorte; b) la valutazione dei parametri che caratterizzano la PQ; c) la ricostruzione dei fasori

Progetto E8 - RF, microonde e TeraHertz gap Sviluppo di campioni di potenza e parametri S e studio della loro riferibilità ed incertezza di misura al THz Realizzazione di un Time-domain Spectrometer al THz e relativo studio dell’incertezza Realizzazione di un micro calorimetro in guida d’onda millimetrica (110 GHz)

Progetto E9 - Calibrazioni e misure di prova

(Le attività del progetto sono comuni ai programmi E1, E3, E4)

20/62

Programma E2 - Nanotecnologie e Dispositivi quantistici Responsabile: Luca Boarino


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 5,1 5,1 1 6,1 1

Tecnici (CT e OT) 1,85 1,85 1 0,85 1 Tot. 6,95 6,95 2 6,95 2

Ulteriori risorse umane 5 5 5 Totale 11,95 13,95 13,95

Articolazione del programma Attività E2.1 Metrologia quantistica Attività E2.1.1 Giunzioni Josephson per la metrologia e le misure 1 - Realizzazione e caratterizzazione di giunzioni SNIS submicrometriche e a struttura verticale mediante lavorazione FIB 2 – Giunzioni SIS, SNS e SNIS per misure e elettronica superconduttiva (Progetto PE2) 3 – Proprietà di trasporto di dispositivi Josephson Attività E2.1.2 Quantum Hall devices (including graphene) 1 – Nuovi metodi di strutturazione di strati di grafene e realizzazione di dispositivi (Progetto PE6) Attività E2.1.3 Single Electron and Quantum Phase Slip devices 1 - Confronto tra SET ottenuti con diverse tecniche di realizzazione (Progetto PE2) 2 - Messa in opera di una catena di misura di correnti singolari in SET (Progetto PE2) 3 - Studio di fattibilità di strutture SET in parallelo 4 - Realizzazione nanowire di Ti per QPS (Progetto PE2) 5 – Studio di resistori per QPS Attività E2.1.4 Rivelatori superconduttivi 1 - TES con aree sub-micrometriche per visibile e IR (progetto con divisione Ottica) 2 - Studio e fabbricazione di Nano-SQUID con diversi approcci di realizzazione (Progetto PE2). 3 - Nanowire per SSPD Attività E2.2 Progetto Nanotechnology

Attività E2.2.1 Sviluppo di nuovi metodi di nanolitografia e nanofabbricazione 1 – Studio e ottimizzazione delle tecniche di nanolitografia per self-assembly mediante nanosfere e copolimeri a blocchi (Progetti PE6 e PE7) Attività E2.2.2 Studio e sintesi di nuovi materiali per la nano fabbricazione 1 – micro e nano lavorazione del Diamante 2 – utilizzo e messa a punto di processi di directed self-assembly con copolimeri a blocchi (Progetto Nanotechnology PE6) 3 - Fabbricazione di nanostrutture e dispositivi per la fotonica, per la quantum computation, per la biosensoristica. 4 - Studio dei processi di metal assisted etching per la realizzazione di nanostrutture su larga area Attività E2.2.3 Studio di sistemi a bassa dimensionalità 1 - Realizzazione di dispositivi basati su singoli nanofili di silicio (Progetti PE6 e PE7) 2 - Realizzazione di array di nanodots magnetici (Progetti PE6 e PE7) 3 - Realizzazione di dispositivi in grafene (Progetto PE6) 4 - Realizzazione di nanowire di MgB2 per NEMS

21/62

Programma E3 – Ingegneria Elettromagnetica Responsabile: Gabriella Crotti


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 5+1,8 2 5+2 2 4,9+1,9 2

Tecnici (CT e OT) 7 - 7 - 7 - Tot. 13,8 2 14 2 13,8 2

Ulteriori risorse umane 1,8 1,8 1,8 Totale 17,6 17,8 17,6

Articolazione del programma

Progetto E3 – Smart Energy networks PE3.E3.1 –Sviluppo di sistemi di taratura per trasduttori e sistemi con uscita analogica e digitale PE3.E3.2 - Realizzazione e sperimentazione di sistemi di misura riferibili di PQ basati su trasformatori non-convenzionali PE3.E3.3 - Messa a punto di un banco per la verifica delle prestazioni metrologiche di sistemi di misura di PQ in bassa e media tensione PE3.E3.4 – Sviluppo di un sistema di riferimento per tarature in sito di sistemi di misura AC in alta tensione

Progetto E4 – Sustainable electric power PE4.E3.1 – Determinazione dei parametri di influenza dell’efficienza di microgeneratori magnetostrittivi PE4.E3.2 – Perdite di lamierini sottili dello spessore di 20 micron, a base Fe-Co e Fe-Si, con analisi 1D/2D fino a 10 kHz PE4.E3.3 - Sviluppo e validazione di un codice di calcolo per la determinazione delle perdite in dispositivi magnetici innovativi

Progetto E5 – Electromagnetic fields and human health PE5.E3.1 – Sviluppo di modelli e metodi di misura avanzati per la dosimetria elettromagnetica in ambiente MRI e nella regione del terahertz:

a) modelli numerici validati per la stima delle grandezze dosimetriche indotte per effetto dell’esposizione a campi elettromagnetici, b) valutazione dell’esposizione umana nella diagnostica MRI e alla radiazione elettromagnetica nel campo dei terahertz, c) analisi degli effetti fisici conseguenti alle terapie di stimolazione elettromagnetica transcranica.

PE5.E3.2 – Analisi modellistica dei meccanismi di interazione biomolecolare (valutazione dell’affinità di legame tra superfici funzionalizzate e biomolecole target)

PE5.E3.3 – Studio modellistico di sensori ad effetto Hall finalizzati alla rilevazione di nanoparticelle magnetiche per applicazioni in ambito biomedico PE5.E3.4 – Studio di metodi di taratura per generatori di fenomeni impulsivi utilizzati nelle misure EMC

Progetto E7 – Nanomagnetics PE7.E3.1 – Implementazione di un codice di calcolo micromagnetico su hardware ibrido CPU-GPU PE7.E3.2 – Estensione del codice di calcolo micromagnetico alla trattazione di effetti termici e di mezzi nanostrutturati policristallini PE7.E3.3 – Studio delle proprietà di magnetotrasporto di materiali magnetici nanostrutturati per applicazioni in sensori di campo magnetico

Progetto E9: Calibration and testing PE9.E3.1 – Sviluppo e mantenimento delle capacità di taratura e di misura di campi elettromagnetici in bassa ed alta frequenza PE9.E3.2 – Messa a punto di sistemi automatici per la taratura di strumentazione e di apparecchiature nel campo della compatibilità elettromagnetica. PE9.E3.3 – Sviluppo e mantenimento delle capacità di taratura di trasduttori e sistemi di misura per alte tensioni e forti correnti PE9.E3.4 – Realizzazione di sistemi di misura per alte tensioni e forti correnti per utilizzo nell’ambito delle prove su apparecchiature elettriche in bassa, media e alta tensione PE9.E3.5 – Potenziamento delle capacità di prova su apparecchiature elettriche con l’obiettivo di fornire una verifica di “full compliance” alla normativa per apparecchiature di bassa tensione

22/62

Programma E4 – Magnetismo e proprietà elettromagnetiche dei materiali Responsabile: Massimo Pasquale


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e tecnologi 13 13 13

Tecnici (CT, OT) 4 4 4 Tot 17 17 17

Ulteriori risorse umane 8 (3 dott+3 ass+2 osp)

8 (2 dott+4 ass+ 2 osp)

8 (2 dott+4 ass+ 2 osp)

Totale 25 25 25 Articolazione del programma

Progetto E1-Implementation of the International System of Units (SI)PE1-10 Mantenimento dei riferimenti e delle capacità di misura (CMC) nel campo del magnetismo e dei materiali magnetici. Sviluppo della misura magnetica e della riferibilità in nano strutture per sensoristica (Progetto EMRP-METMAGS). Misure rivolte all’industria ed ai centri di ricerca associati

Progetto E4-Sustainable electric power PE4-2 Avanzamento nelle tecniche sperimentali magneto-calorimetriche. Teoria delle celle termoelettriche in regime dinamico e modellizzazione dei flussi di calore per il caso DSC (calorimetria differenziale). Estensione dei calorimetri Peltier alle basse temperature e progettazione di un sistema per la caratterizzazione magneto-termo-elettrica. Prosecuzione delle attività di sviluppo della refrigerazione magnetica a temperatura ambiente e caratterizzazione dei materiali in relazione all’effetto magnetocalorico. Entropia magnetica e transizioni di fase magneto-strutturali su leghe innovative Misure dirette ed indirette di effetti termoelettrici (effetto Seebeck e Spin Seebeck) in materiali e devices PE4-3,4 Produzione e caratterizzazione di magneti permanenti anche senza Terre Rare (base Mn) PE4-5,6 Caratterizzazione ed analisi comprensiva di magnetizzazione e perdite di energia da DC alle micro-onde in materiali magnetici dolci (amorfi, ferriti ecc)

Progetto E5- Electromagnetic fields, EMC and human health PE5.2- Sintesi, funzionalizzazione e caratterizzazione per applicazioni di nanoparticelle magnetiche in campo biologico Sintesi, caratterizzazione ed applicazioni di nanoparticelle magnetiche per assorbimento energia (ipertermia, incollaggio ecc)

Progetto E6- Nanotechnology Sviluppo di circuiti per la caratterizzazione elettromagnetica di materiali da corrente continua alle microonde Produzione, caratterizzazione di nanosfere autoassemblate. Analisi morfologica e strutturale di nano oggetti

Progetto E7- Nanomagnetismo E7.1 Preparazione di materiali magnetici cristallini,amorfi e nano-micro-strutturati con tecniche convenzionali Preparazione di nano e micro sistemi con tecniche avanzate (es. film multistrati, sistemi di nano particelle,schiere di nanofili, micro e nano litografia, interfacciamento con misure elettromagnetiche) E7.2 Analisi magneto-ottica della dinamica di magnetizzazione e propagazione di onde di spin, in collegamento con caratterizzazione a microonde/spintronica (tecniche stroboscopiche, time resolved); Misura sperimentale delle caratteristiche di magnetizzazione e della dinamica indotte da correnti elettriche in nanodispositivi a “spin transfer” (es. vortici); Studio della dinamica di magnetizzazione in strutture continue a film sottile ed in nanofili singoli (con magnetizzazione in piano e perpendicolare) in presenza di disordine strutturale e/o indotto da trattamenti ad hoc per applicazioni in spintronica come memorie o come oscillatori Fenomenologia e comprensione della struttura magnetica, del processo di magnetizzazione e degli effetti di magnetotrasporto e spintronica in film sottili e nanostrutture. Risonanze ferromagnetiche in film sottili e nanostrutture (nanoparticolati, matrici di dots, antidots, fili ecc.) E7.3 Misure dirette ed indirette di effetti di correnti di spin (Spin pumping, Spin Hall) e termoelettrici (effetto Seebeck e Spin Seebeck) in materiali e devices E7.4 Produzione di nano particolati magnetici, funzionalizzazione superficiale per usi chimici, biologici, biomedicali Analisi della granulometria magnetica in campioni geologici e archeologici per studi di provenienza e/o caratterizzazione tecnologica E7.5 Determinazione analitica delle soglie di instabilità dovute ad onde di spin in nano-dispositivi magnetici soggetti ed effetti di “spin-transfer” e relativo confronto con simulazioni numeriche della dinamica di magnetizzazione Progetto E8- RF -Microwaves and THz gap (8.4) Caratterizzazione dei materiali -permettività e permeabilità- RF e microonde

23/62

Divisione Meccanica

L’attività della divisione è finalizzata allo sviluppo di tecnologie, competenze scientifiche, tecnologie, e capacità di misura delle grandezze meccaniche. I programmi riguardano il mantenimento e il miglioramento dei campioni, la disseminazione delle grandezze, la ridefinizione del kilogrammo sulla base delle costanti fondamentali della fisica; lo sviluppo di metodi e strumenti per il settore aerospaziale, delle macchine utensili, della visione robotica; lo sviluppo di metodi matematici e statistici per l'analisi dei dati sperimentali e per la valutazione dell'incertezza.

L’attività della divisione Meccanica si svolge nei seguenti 6 programmi:

M1 Misure di massa (resp. W. Bich)

M2 Dinamometria (resp. A. Germak)

M3 Meccanica dei fluidi (resp. P. Spazzini)

M4 Mise en pratique del metro e tecnologie per lo spazio (resp. M. Zucco)

M5 Ingegneria di Precisione (resp. A. Balsamo)

M6 Sistema Internazionale e Costanti Fondamentali (resp. E. Massa)




Implementazione del sistema SI

M6 Realizzazione del kilogrammo mediante atomo del 28Si

M1 Sviluppo di un mezzo pratico per disseminare il nuovo kilogrammo

M4 Misure assolute di frequenza mediante pettine ottico a femtosecondi

Costanti fondamentali M6 Determinazione di h e NA con incertezza inferiore a 2 x 10-8

Fisica, Matematica, Modellistica e ICT a supporto della metrologia

M6 Analisi dei dati e stima degli errori sistematici nella misura delle constanti di Avogadro e Planck

M3 Valutazione dell’incertezza in problemi inversi e di regressione

M1 Modelli matematici e statistici per misure dinamiche

Meeting the societal challenges


Energia M3 Metodologie innovative per il monitoraggio energetico dell’ambiente costruito

Ambiente M4 Dispositivi per la mappatura iperspettrale UV del cielo

M2 Nuovo gravimetro trasportabile per misure assolute

Salute M4 Nuovi dispositivi per microscopia a fluorescenza label-

free

24/62

Industrial leadership: addressing the innovation gap

Obiettivi Strategici / Strategic objectives

Principali Risultati Attesi /

Major expected results

Disseminazione delle unità SI

M3 Campione nazionale di Energia Termica

M5 Nuovi dispositivi per la metrologia dimensionale

M2 Estensione della scala di forza verso l’alto (decine di meganewton) e il basso (millinewton)

M2 Riferibilità delle misure nella riabilitazione medica e sportiva

M4 Nuovi standards di lunghezza d’onda in fibra ottica

M3 Misure di vuoto e portate di gas in ambiente produttivo

Ricerca per l’industria M3 Banco di prova per la misura del flusso di energia per lo sviluppo di termo-regolatori intelligenti

Tecnologie abilitanti M2 Misura delle proprietà meccaniche di materiali viscoelastici

Ricerca pre-normativa

M1 Circolazione del primo committee draft della revisione della GUM

M5 Indagine sull’incertezza di misura del risultato di una prova di verifica a conformità di uno strumento indicatore




Partecipazione a confronti chiave internazionali

Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova

Attività di mantenimento del Sistema Qualità (audit interni, sviluppo di procedure di taratura e prova, mantenimento delle CMCs)

Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura

Supporto tecnico all’Ente Italiano di Accreditamento (ACCREDIA)

Trasferimento tecnologico

Istituzione di un gruppo di supporto per il Trasferimento tecnologico

Organizzazione di seminari tematici (attraverso il CMM Club Italia)

Normazione tecnica Normativa per misure dimensionali

PRINCIPALI RISULTATI ATTESI

Excellent science: developing basic scientific metrology:

Attuazione del SI

Realizzazione del kilogrammo basata sulla massa dell’atomo 28Si (EMRP SIB03) L’INRIM coordina un progetto di ricerca europeo finalizzato a realizzare la definizione del kilogrammo sulla base di un valore convenzionale della costante di Planck, attraverso un cristallo di 28Si. Verrà avviato un esperimento a lungo termine per monitorare la stabilità del prototipo internazionale del kilogrammo PtIr.

Sviluppo di un mezzo pratico per la disseminazione del nuovo kilogrammo (EMRP SIB05) L'obiettivo del progetto di ricerca è lo sviluppo di campioni e protocolli che consentiranno di stabilire la riferibilità dell’attuale scala di massa alla nuova definizione del kilogrammo (realizzazione in vuoto) .

25/62

Sarà necessario valutare i parametri che intervengono nel modello che descrive la variazione di massa del campione nel passaggio tra il vuoto e la pressione atmosferica; infine verranno valutati i parametri che intervengono nel modello che descrive le variazioni di massa dovute alla pulizia, alla conservazione e al trasporto.

Misure assolute di frequenza mediante pettine ottico a femtosecondi Misurazione della frequenza assoluta della transizione dell'orologio ottico. Misura della frequenza assoluta di un laser agganciato alle transizioni dell'acetilene in cella o in fibra cava operante nella banda telecom agganciato con servocontrollo digitale (EMRP IND14). Misura della frequenza assoluta della portante del link ottico (Prin).

Costanti fondamentali

Determinazione di h e NA con un'incertezza inferiore a 2 x 10-8 (EMRP SIB03) Al fine di rendere possibile la definizione del chilogrammo tramite il valore costante di Planck, l’INRIM coordina un progetto europeo di ricerca per misurare le costanti di Planck e Avogadro con incertezze relative minori di 5 x 10-8 e 2 x 10-8. Le attività del progetto comprendono il miglioramento dell’interferometro a raggi x (nuovo interferometro laser @ 523 nm integrato e operativo con accuratezza del picometro); misurazione del parametro reticolare di un cristallo 28Si con incertezza di misura relativa entro 1.5 x 10-9, e delle costanti di Planck e di Avogadro entro con incertezza di misura relativa 5 x 10-8 e 1.5 x 10-8.


Analisi dei dati e stima degli errori sistematici nella misura delle costanti di Avogadro e Planck (EMRP SIB03)

L’INRIM partecipa a due progetti di ricerca europei volti a indagare la discrepanza tra i valori della costante di Planck ottenuta tramite la bilancia del watt e gli esperimenti 28Si. Le attività dell’INRIM includono: l'applicazione di metodi Bayesiani per comprimere dati incoerenti, lo studio degli effetti di superficie nella misura del parametro reticolare di cristalli di silicio, lo studio magneto-idrodinamico della forza di Lorentz e delle forze elettromotrici che agiscono sugli elettroni liberi di un conduttore in un campo magnetico, l'applicazione della teoria della diffrazione per indagare gli errori di interferometri laser di alta precisione, lo studio dell’influenza delle imperfezioni geometriche del cristallo nella misurazione del parametro reticolare Si con interferometria a raggi-x.

Valutazione dell'incertezza in problemi inversi e di regressione (EMRP NEW04) Il progetto europeo ha lo scopo di sviluppare nuovi metodi per la valutazione dell’incertezza da utilizzare per problemi di regressione, problemi in cui le grandezze d’interesse siano espresse in maniera indiretta e applicazioni metrologiche con modelli particolarmente complessi dal punto di vista computazionale; ha anche lo scopo di sviluppare metodi per processi decisionali e di valutazione della conformità in presenza di incertezza di misura. L’attività dell’INRIM consisterà nello sviluppare e testare un software per problemi di taratura, basato su procedure Bayesiane, con particolare applicazione a misuratori di portata, e contribuire allo sviluppo di metodi per la valutazione di conformità basati sulla scelta di opportune funzioni costo.

Modelli matematici e statistici per misure dinamiche (EMRP IND09) Il progetto europeo ha lo scopo di sviluppare e validare campioni e metodi primari di riferimento per misure dinamiche di forza, torsione e pressione. L’INRIM sarà coinvolto nella modelizzazione di sistemi di taratura e sensori in regime dinamico e nello sviluppo delle procedure statistiche necessarie alla valutazione della relativa incertezza di misura, con particolare riferimento all’area delle misure di pressione e allo sviluppo dei sistemi di drop-weight come riferimenti primari.

Meeting the grand challenges:

Energia

Metodologie innovative per il monitoraggio energetico dell’ambiente costruito (7 ° PQ Ecothermo) / Realizzazione di un banco di prova per la validazione di tecnologie per il monitoraggio dei consumi energetici. Progettazione e costruzione del banco di prova, prove preliminari, misurazioni su un insieme di configurazioni appositamente progettate per validare le tecnologie studiate.

26/62

Ambiente

Dispositivi per la mappatura iperspettrale UV del cielo (EMRP ENV03) Con lo scopo di tarature i sensori UV di irraggiamento solare, una fotocamera iperspettrale basata su una tecnologia sviluppata in INRIM (in attesa di brevetto) verrà ottimizzata per la regione UV e sarà utilizzata in combinazione con un obiettivo catadiottrico avente campo di vista >160 ° per la mappatura del cielo nella regione spettrale di 280-400 nm.

Nuovo gravimetro trasportabile per misure assolute L'attività si colloca nel progetto "USV (Unmanned Surface Vehicle) per la Blue Water-SWAD" e sarà svolto in collaborazione con l'INGV e altri. Il progetto è coordinato dal Distretto ligure delle tecnologie marine di La Spezia. Il progetto è finanziato dai fondi europei e della Regione Liguria. Gli obiettivi iniziali sono lo studio dei problemi relativi alla misurazione dell'accelerazione di gravità in campo. Nel corso dei due anni di durata del progetto saranno applicate, passo dopo passo, le nuove tecnologie sviluppate per il gravimetro assoluto da laboratorio dell’INRIM per la loro convalida. Alla fine del progetto sarà disponibile un nuovo prototipo di gravimetro assoluto adatto per misure in campo.

Salute

Nuovi dispositivi per microscopia a fluorescenza "label-free" (Regione Piemonte) Verrà realizzata e integrata in un microscopio a fluorescenza una fotocamera iperspettrale basata su una nuova tecnologia sviluppata all’INRIM (in attesa di brevetto). Il dispositivo permetterà l'osservazione simultanea di diversi marcatori ("label-free") usati nella microscopia a fluorescenza, mentre le tecniche attuali sono lente e non permettono la misura simultanea dei diversi marcatori.

Industrial leadership: addressing the innovation gap:


Campione nazionale di energia termica (Regione Piemonte- progetto H2Q) Sviluppo di un campione di energia termica tramite modifiche al Campione Nazionale di portata d’acqua e aggiunta di un nuovo modulo supplementare. Ciò permetterà la misura simultanea di due temperature diverse del fluido e della portata.

Nuovi dispositivi per la metrologia dimensionale Realizzazione di un interferometro a lunghezza d'onda sintetica assoluta con frequenza di 40 GHz e portante a 1,5 μm. L'indice di rifrazione dell'aria lungo il percorso del raggio laser sarà calcolato misurando la temperatura con un metodo basato sulla misura della velocità del suono. Sarà realizzato un nuovo comparatore angolare utilizzando il principio di un encoder rotante. L'incertezza dello strumento consentirà al campione INRIM di allinearsi con i migliori campioni angolari operativi nel mondo (PTB, NMIJ, NIST) e sarà realizzato con investimenti molto più bassi.

Estensione della scala di forza verso l'alto (decine di meganewtons) e verso il basso (millinewton) L'estensione della scala di forza verso alti valori (con misurazioni multicomponente) è parte del JRP finanziato alla chiamata EMRP 2012. Un nuovo sistema build-up da 5 MN è in fase di costruzione allo scopo di assicurare la riferibilità a livello nazionale (ora la riferibilità è al PTB) e un nuovo campione a pesi diretti da 100 kN è stato studiato e progettato. L'estensione della scala di forza verso il basso (millinewton) sarà studiata sperimentando nuove tecnologie, al fine di valutare la fattibilità della realizzazione di nuovi campioni.

Riferibilità delle misure nella riabilitazione medica e sportiva (Regione Piemonte) Il progetto è finanziato dal MIUR per lo sviluppo delle TIC in Piemonte e dovrebbe iniziare a fine 2012 e avrà durata di due anni. Il contributo INRIM riguarda la caratterizzazione metrologica delle apparecchiature e sensori comunemente usati nella riabilitazione sportiva (forza, accelerazione, inclinazione, ecc.) per garantire una corretta interpretazione delle misure. E 'inoltre prevista un’attività di formazione metrologia per gli utenti esperti di apparecchiature. Gli obiettivi sono: lo studio dei problemi di misurazione, lo sviluppo di procedure di taratura, l'esecuzione delle tarature e caratterizzazione metrologica delle apparecchiature. Durante il secondo anno è prevista l'attività di formazione.

Misure di vuoto e portate di gas in ambiente produttivo (EMRP IND12) Il progetto mira a soddisfare le necessità industriali legate alla metrologia del vuoto in termini di misura di pressioni totali, parziali e fughe di gas. INRIM è leader di un work package dedicato alla realizzazione di fughe con geometria nota e misura di piccole portate di gas e partecipa a tutti i work packages riguardanti le pressioni dinamiche e le misure di pressioni parziali e outgassing.

27/62

I risultati attesi nei prossimi due anni sono: la caratterizzazione sperimentale degli elementi di fuga realizzati, il miglioramento dei modelli teorici che descrivono il comportamento del flusso in uscita dagli elementi di fuga; lo sviluppo di un sistema per la misura di pressioni totali mediante tecniche di interferometria ottica

Ricerca per l’industria

Banco di prova per la misura del flusso di energia e supporto per lo sviluppo di termoregolatori intelligenti Supporto alle industrie nella creazione di una rete per le misure dell’energia termica e validazione delle attrezzature tradizionali e innovative per ottenere una valutazione più accurata delle misure reali di energia termica, ottimizzare il consumo energetico (riscaldamento/raffreddamento) per effettuare una precisa ripartizione dei costi tra i condomini.

Tecnologie abilitanti

Misura delle proprietà meccaniche di materiali viscoelastici (EMRP-IND05) Il progetto intende sviluppare nuovi modelli e sistemi di misura per valutare il comportamento viscoelastico dei materiali polimerici. L’industria necessita di nuovi metodi di misurazione ad alta risoluzione per definire le proprietà meccaniche e/o il monitoraggio del comportamento del materiale alle deformazione visco-elastiche. L’INRIM partecipa al progetto, in particolare per caratterizzare, mediante le tecniche stress-strain e a ultrasuoni, il comportamento dei materiali viscoelastici in funzione della temperatura e dell'umidità relativa, e quando sono a contatto con liquidi vari (acqua, olio, alcool, ). Sarà anche studiata la degradazione chimica di un materiale viscoelastico in funzione della tensione di trazione fino a rottura il comportamento a trazione in funzione della temperatura e umidità.

Ricerca pre-normativa

Circolazione del primo committe draft della revisione della GUM Questa bozza sarà la prima che sarà inviata alle organizzazioni appartenenti al Joint Committee for Guides in Metrology e agli istituti nazionali di metrologia, allo scopo di raccogliere suggerimenti e commenti da considerare nel successivo committee draft. La bozza sarà il punto d'arrivo di non poche bozze di lavoro intermedie.

Indagine sull’incertezza di misura del risultato di una prova di verifica a conformità di uno strumento indicatore Quando la misurazione è effettuata per valutare le prestazioni di uno strumento di misura indicatore, ad esempio in fase di accettazione e riverifica, lo strumento in prova è il misurando, mentre la grandezza nota applicata è il riferimento. Questa inversione influenza la consueta prospettiva di valutazione dell'incertezza, e richiede in particolare un attento esame di quali contributi d’incertezza considerare. Una norma di chiarimento sarà di grande di aiuto concettuale e pratico.


Riferibilità e disseminazione delle unità SI La divisione riproduce e mantiene le unità di misura SI per le misure di lunghezza, angolo, massa, densità di solidi e liquidi, viscosità di fluidi, forza, accelerazioni statiche e dinamiche, pressione, portate di gas, velocità dell’aria e non SI quali la durezza. Intensa è l’attività di mantenimento dei campioni nazionali che richiedono periodiche e impegnative verifiche per garantire i livelli di incertezza dichiarati.

Taratura e prove L’obiettivo è il mantenimento delle capacità di misura e prova delle grandezze meccaniche, così da fornire un supporto ai laboratori di misura e alle industrie. L’attività prevede:

1) iI mantenimento dei riferimenti e delle capacità di misura (CMC) nel campo delle grandezze di competenza;

2) iI supporto al sistema di qualità INRIM, il mantenimento e lo sviluppo di procedure di taratura e prova, l’implementazione degli audit interni e la taratura dei campioni interni alle divisioni dell’INRIM;

3) la collaborazione al sistema Italiano di accreditamento (ACCREDIA) attraverso il servizio tecnico per i laboratori di taratura.

La conoscenza e il trasferimento di tecnologie

La divisione svolge attività di formazione attraverso corsi sia a livello universitario sia per laboratori di prova o di taratura. Ricercatori della divisione sono presenti, anche con ruoli di coordinamento, nel CCM, CCL, CCAUV, CCU e JCGM e nei relativi gruppi di lavoro, nei TC-M, TC-L, TC Flow e TC-AUV dell’EURAMET,

28/62

nei comitati tecnici dell’IMEKO, del CIRP e dell’ISO. Sono attive collaborazioni di ricerca con università e istituti di ricerca esteri. A livello nazionale proseguono le collaborazioni con università, istituti di ricerca, e con l’UNI per quanto riguarda l’attività di normazione. Inoltre la divisione dirige le attività dell’Associazione CMM Club Italia, finalizzate alla promozione in Italia della conoscenza della metrologia dimensionale.

RISORSE FINANZIARIE DISPONIBILI (k€)


EMRP attivi 373 449 370

Altri contratti 624 209 0

Prove e prestazioni 340 340 340

Totale 1337 998 710

Proposte contratti di ricerca 50 685 995

EMRP 2012 96

Totale 1483 1683 1705



Investimento 560 657 574

Funzionamento 613 668 801

Missioni 72 79 84

Personale 238 279 246

Totale 1483 1683 1705

RISORSE UMANE

Personale al 31/12/2012 Ricercatori Tecnologi Tecnici1 Amministrativi Totale personale

TI TD TI TD TI TD

21 4 1 0 22 0 0 48 1 di cui 3 in Officina e 2 in “esonero dal servizio”





Associati e incarichi

Assegnisti Borsisti Dottorandi Collab. Prof. Ric ospiti Totale

6 4 3 1 0 0 14



2013 2 2

2014 2 2

2015 2 2

Anno Assegnisti Borsisti Dottorandi Collab. Prof. Totale

2013 2 2 1 1 7 2014 3 1 4 2015 3 2 5

29/62


Nel seguito sono riportate le risorse e le infrastrutture da acquistare.

Programma Strumentazione richiesta Spesa prevista (k€) M2 Continuazione realizzazione nuova macchina campione di forza

100 kN 150

Programma Intervento strutturale richiesto su fondi FOE Anno Spesa prevista (k€)

M1 Glove box 2013 20 M2 Basamento per confronto gravimetri 2013 80

M3.3 Scarico fumi pompe 2013 10 M4 Collegamenti via fibra e cavo lab metro e tempo e frequenza 2013 10

M5-M4-M1 Manutenzione e ammodernamento galleria 2013 100

Con riferimento alle cifre complessive assegnate alla divisione Meccanica sulla base del Bilancio di Previsione 2013, viene fatta la seguente assegnazione ai programmi (cifre in k€):

Prima assegnazione 2013 Investimento Funzionamento

Div/ cap 59 60 61 17 18.1 18.2

M0 100,2 8,8 - 30,3 - 50,3 M1 8,3 12,6 - 3,2 - 6,6 M2 - 27,2 - - - 35,9 M3.1 35,1 3,5 - 36,5 - 4,6 M3.2 32,9 6,9 - 24,0 - 9,1 M4 9,1 0,6 40 11,6 35 0,8 M5.1 19,9 10,4 - 6,6 - 7,4 M5.2 - - - 4,5 - 5,3 M5.3 13,7 - - 4,5 - - M6 30,8 - - 8,8 - - OFF 10 - - 10 - -

Totale 260 70 40 140 35 120

I sottoprogrammi di M3 e di M5 sono riportati nelle schede relative a seguire.

30/62

Programma M1 – Misure di massa Responsabile: Walter Bich


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 2,4 2,6 2,6

Tecnici (CT e OT) 1,5 1,5 1,5 Tot 3,9 4,1 4,1

Ulteriori risorse umane 0,2 Totale 4,1 4,1 4,1

Articolazione del programma Implementazione del sistema SI M1.1 – Sviluppo di un mezzo pratico per la disseminazione del nuovo kilogrammo (EMRP SIB05)

1 –.sviluppo di campioni e protocolli che consentiranno di stabilire la riferibilità dell’attuale scala di massa alla nuova definizione del kilogrammo (realizzazione in vuoto) 2 – valutazione dei parametri che intervengono nel modello che descrive la variazione di massa del campione nel passaggio tra il vuoto e la pressione atmosferica; 3 – valutazione dei parametri che intervengono nel modello che descrive le variazioni di massa dovute alla pulizia, alla conservazione e al trasporto.

Fisica, Matematica, Modellistica e ICT a supporto della metrologia M1.2 – Valutazione dell'incertezza in problemi inversi e di regressione (EMRP NEW04) 1 – Sviluppo e test di software per problemi di taratura, basato su procedure Bayesiane, con particolare applicazione a misuratori di portata. 2 – Sviluppo di metodi per processi decisionali e di valutazione della conformità. M1.3 Modelli matematici e statistici per misure dinamiche (EMRP IND09). 1 – Modelizzazione di sistemi drop-weight come riferimenti primari di pressione dinamica. 2 – Sviluppo di procedure statistiche per la valutazione dell’incertezza in modelli di misure dinamiche. M1.4 Classificazione e modellizzazione degli errori umani che contribuiscono all'incertezza nelle misure di chimica analitica Ricerca prenormativa Circolazione del primo committee draft della revisione della GUM Attività di taratura e prova - tarature masse, volumi di liquido, densità di liquidi e solidi - partecipazione a confronti chiave internazionali - attività di mantenimento del Sistema Qualità Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura - supporto a 21 Centri (massa) Trasferimento tecnologico - attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione

31/62

Programma M2 - Dinamometria Responsabile: Alessandro Germak


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 1 1 1 0,3 1

Tecnici (CT e OT) 3 3 3 Tot 4 1 4 0,3 4

Ulteriori risorse umane 0,7 Totale 5,7 4,3 4

Articolazione del programma Ambiente M2.1 –. Nuovo gravimetro trasportabile per misure assolute Disseminazione delle unità SI M2.2 – Estensione scala di forza verso l'alto e verso il basso

1 – sistema build-up da 5 MN 2 - campione a pesi diretti da 100 kN 3 – sistemi innovativi per la generazione di microforze M2.3 - Riferibilità delle misure nella riabilitazione medica e sportiva

Tecnologie abilitanti M2.3 – Misura delle proprietà meccaniche di materiali viscoelastici (EMRP-IND05)

1 –caratterizzare, mediante le tecniche stress-strain e a ultrasuoni, il comportamento dei materiali viscoelastici in funzione della temperatura e dell'umidità relativa, e quando sono a contatto con liquidi vari (acqua, olio, alcool, ) 2 – studio della degradazione chimica di un materiale viscoelastico in funzione della tensione di trazione 3 - studiare il comportamento a trazione in funzione della temperatura e umidità

Attività di taratura e prova: - tarature dinamometri, blocchetti durezza, accelerometri - partecipazione a confronti chiave internazionali - attività di mantenimento del Sistema Qualità Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura Centri accuditati 41 di cui 8 accelerazione, 12 durezza, 21 forza Trasferimento tecnologico - attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione

32/62

Programma M3 – Meccanica dei Fluidi Responsabile: Pier Giorgio Spazzini


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 5,3 0,9 5,3 5,3

Tecnici (CT e OT) 4 0 4 4 Tot 9,3 0,9 9,3 9,3

Ulteriori risorse umane 0,9 Totale 11,1 9,3 9,3

Articolazione del programma Energia 3.1 - Misura della densità del gas naturale liquefatto (EMRP LNG 04) 3.2 –. Metodologie innovative per il monitoraggio energetico dell’ambiente costruito (7 ° PQ Ecothermo)

-Realizzazione di un banco di prova per la validazione di tecnologie per il monitoraggio dei consumi energetici Ambiente 3.3 Sviluppo di un impianto per la sperimentazione su centraline Meteo (EMRP ENV02 – coll T2) Disseminazione delle unità SI 3.4 Campione nazionale di energia termica (Regione Piemonte- progetto H2Q) – sviluppo campione di energia termica per la misura simultanea di due temperature diverse del fluido e della portata. 3.5 Misure di vuoto e portate di gas in ambiente produttivo (EMRP IND12)

-caratterizzazione sperimentale degli elementi di fuga realizzati, -miglioramento dei modelli teorici che descrivono il comportamento della portata di gas in uscita dagli elementi di fuga; -sviluppo di un sistema per la misura di pressioni totali mediante tecniche di interferometria ottica.

3.6 Misure di pressione in sistemi per macchine di collaudo trasduttori MEMS (MESAP) -studio delle caratteristiche metrologiche di sensori idonei per il controllo della macchina Ricerca per l’industria 3.7 Banco di prova per la misura del flusso di energia per lo sviluppo di termo-regolatori Attività di taratura e prova - tarature vacuometri, trasduttori di pressione e portata di gas - partecipazione a confronti chiave internazionali - CMCs per galleria del vento rinnovata e LDA - attività di mantenimento del Sistema Qualità Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura: - 25 Centri di cui 3 portata gas, 22 pressione Trasferimento tecnologico - attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione

33/62

Programma M4 – Mise en pratique del metro e tecnologie per lo spazio Responsabile: Massimo Zucco



Tecnici (CT e OT) 2,7 2,7 1,5

Tot 5,4 5,4 4,2 Ulteriori risorse umane 2 1,7

Totale 7,4 7,1 4,2

Articolazione del programma Implementazione del sistema SI 4.1 – Misure assolute di frequenza mediante pettine ottico a femtosecondi - misurazione della frequenza assoluta della transizione dell’orologio ottico. - misura della frequenza assoluta di un laser agganciato alle transizioni dell’acetilene in cella o in fibra cava

operante nella banda telecom agganciato con servocontrollo digitale (EMRP IND14). - misura della frequenza assoluta della portante del link ottico (Prin). Ambiente 4.2 Dispositivi per la mappatura iperspettrale UV del cielo (EMRP ENV03) - sviluppo di un sistema per la taratura di sensori UV di irraggiamento solare. Salute 4.3 Nuovi dispositivi per microscopia a fluorescenza “label-free” (Regione Piemonte) - realizzazione e integrazione in un microscopio a fluorescenza di una fotocamera iperspettrale basata su

tecnologia sviluppata all’INRIM (in attesa di brevetto).; Disseminazione delle unità SI 4.4 Nuovi campioni di lunghezza d’onda in fibra ottica (EMRP IND14) - realizzazione di un servo controllo digitale per agganciare laser telecom a transizioni molecolari. - realizzazione di un sistema laser agganciato a transizioni di acetilene in celle o in fibra cava. - realizzazione di un set-up per misurare il contributo di incertezza nella misura di lunghe distanze dovuto

alla turbolenza dell’aria. 4.5 Budget dell’incertezza di un spettrometro THz (EMRP-New07) - sviluppo di uno spettrometro a doppio canale - caratterizzazione del budget dell’incertezza per coefficiente di assorbimento e di rifrazione - misurazione di materiali di riferimento 4.6 Misura di lunghe distanze - realizzazione di un interferometro a onda sintetica di 40 GHz e portante a 1.5 �m (ESA) - realizzazione di un banco di misura per la stima del contributo nell’incertezza della turbolenza dell’aria

(EMRP s09) - realizzazione di un banco per la misura della temperatura dell’aria dalla velocità del suono Attività di taratura e prova -tarature sorgenti laser -realizzazione celle da usare come riferimento per spettroscopia e per sorgenti laser - partecipazione a confronti chiave internazionali - attività di mantenimento del Sistema Qualità Trasferimento tecnologico - attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione

34/62

Programma M5 – Ingegneria di Precisione Responsabile: Alessandro Balsamo



Tecnici (CT e OT) 4 4 4 Tot 10,1 0,9 10,1 1 10,1

Ulteriori risorse umane Totale 11 11,1 10,1

Articolazione del programma Fisica, Matematica, Modellistica e ICT a supporto della metrologia 5.1 Sviluppo di modelli matematici che considerano gli outliers Disseminazione delle unità SI 5.2 Nuovi dispositivi per la metrologia dimensionale - Prototipo di dispositivo per misurazioni a coordinate con il principio dei piani intersecanti (EMRP Large

volume) - Caratterizzazione metrologica di un dispositivo a doppia tavola rotante (RotoTilt) - realizzazione di un nuovo comparatore angolare utilizzando il principio di un encoder rotante (EMRP Angle) - nanometrologia delle superfici: sviluppo di metodi a sonda e ottici per i campioni a tratti e le nanoparticelle

Ricerca pre-normativa 5.3 Indagine sull’incertezza di misura del risultato di una prova di verifica a conformità di uno strumento indicatore Attività di taratura e prova - tarature lunghezza, angolo - partecipazione a confronti chiave internazionali - sviluppo di nuove CMC: filetti, calibri a passi (estensione del campo), distanziometri - attività di mantenimento del Sistema Qualità Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura: - Centri accreditati 45 di cui 43 lunghezza e 2 angolo Trasferimento tecnologico - istituzione di un gruppo di supporto per il Trasferimento tecnologico - organizzazione di seminari tematici (attraverso il CMM Club Italia) Normazione tecnica - norme per misure dimensionali

35/62

Programma M6 - Sistema Internazionale e Costanti Fondamentali Responsabile: Enrico Massa


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 3 3 3

Tecnici (CT e OT) Tot 3 3 3

Ulteriori risorse umane 0,1 Totale 3,1 3 3

Articolazione del programma Implementazione del sistema SI M6.1 Realizzazione del kilogrammo mediante atomo del 28Si (EMRP SIB03) - Coordinamento del progetto di ricerca europeo - Realizzare la definizione del kilogrammo sulla base di un valore convenzionale della costante di Planck,

attraverso un cristallo di 28Si. - Verrà avviato un esperimento a lungo termine per monitorare la stabilità del prototipo internazionale del

kilogrammo PtIr. Costanti fondamentali M6.2 Determinazione di h e NA con un'incertezza inferiore a 2 x 10-8 (EMRP SIB03)

Fisica, Matematica, Modellistica e ICT a supporto della metrologia M6.3 Analisi dati e stima degli errori sistematici nella misura delle costanti di Avogadro e Planck (EMRP

SIB03) - Applicazione di metodi Bayesiani per comprimere dati incoerenti - Studio degli effetti di superficie nella misura del parametro reticolare di cristalli di silicio, - Studio magneto-idrodinamico della forza di Lorentz e delle forze elettromotrici che agiscono sugli elettroni

liberi di un conduttore in un campo magnetico, - Applicazione della teoria della diffrazione per indagare gli errori di interferometri laser di alta precisione, - Studio dell’influenza delle imperfezioni geometriche del cristallo nella misurazione del parametro reticolare

Si con interferometria a raggi-x.

36/62

Programma OFF – Officina Meccanica Responsabile: Vincenzo Fornero


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi

Tecnici (CT e OT) 3 3 3 Tot 3 3 3

Ulteriori risorse umane Totale 3 3 3

Articolazione del programma - realizzazione di sistemi e particolari meccanici - supporto nella progettazione - mantenimento del sistema sicurezza dell’officina

37/62

Divisione Ottica

La divisione sviluppa competenze scientifiche, tecnologie, e capacità di misura, nell’ambito dei campioni atomici per le grandezze del tempo e della frequenza, la scala di tempo italiana, la navigazione satellitare, le grandezze della fotometria e della radiometria nell’intervallo di frequenze dello spettro elettromagnetico dalle microonde alle radiazioni ottiche, e l’ottica quantistica.

L’attività della divisione Ottica si svolge nei seguenti 5 programmi

O1: Campioni di frequenza (resp. F. Levi) O2 : Algoritmi e scale di tempo (resp. P. Tavella) O3: Fotometria e Radiometria (resp. G. Brida) O4: Ottica quantistica (resp. M. Genovese) O5: Mantenimento e disseminazione (resp. M.L. Rastello)





O1 Campione primario di frequenza a fontana di cesio criogenica O1 Orologio campione all’Yb O2 Realizzazione scala di tempo UTC(IT) O3 Mise-en-pratique della candela mediante rilevatore predicibile

Metrologia quantistica O4 Rivelatori Nano-TES per il conteggio di fotoni O4 Sorgenti non classiche per misure sotto lo shot-noise


O4 Interferometri quantistici ad elevate prestazioni



Energia O3 Metodi di misura per sistemi di illuminazione a stato solido

Ambiente O3 Sensoristica remota per monitoraggio climatico

Salute O3 Rilevatori di radiazione solare UV



Disseminazione delle unità SI O1 Link ottico per la disseminazione del segnale di frequenza campione O2 Disseminazione segnale di tempo via NTP e via trasmissioni RAI

Ricerca per l’industria O1 Orologio Rb in cella ad elevata stabilità O4 Strumenti per banchi di prova QKD

Sistema di navigazione europeo O2 Orologi e scale di tempo per il sistema di navigazione Galileo validati mediante Galileo Time Validation Facility durante la prossima In Orbit Validation phase

38/62




O5 Partecipazione a confronti chiave internazionali O5 Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova O5 Attività di mantenimento del Sistema Qualità (audit interni, sviluppo di procedure di taratura e prova, mantenimento delle CMCs)


O5 Supporto tecnico all’ l’Ente Italiano di Accreditamento (ACCREDIA)

Trasferimento tecnologico O5 Attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione

Normazione tecnica O4 Normativa per comunicazioni quantistiche (ETSI)




Campione primario di frequenza a fontana di cesio criogenia: Per il nuovo campione primario italiano di frequenza, una fontana di cesio raffreddato alla temperatura dell’azoto liquido, si è conclusa la fase di montaggio e sono stati conclusi i controlli preliminari. E’ ora in fase di valutazione l’accuratezza del campione ed è in corso il confronto intercontinentale di frequenza con il campione primario del NIST. I primi dati per TAI saranno forniti al BIPM nei prossimi mesi. Il valore preliminare di accuratezza relativa sulla frequenza è è ≈ 3 x 10-16 (somma di contributi di incertezza di tipo A e di tipo B).

Orologio ottico all’Itterbio E’ in fase di sviluppo un orologio ottico basato su una trappola di dipolo di atomi neutri di Itterbio. Poiché il primo dispositivo sperimentale utilizzato per osservare gli atomi freddi ha mostrato rilevanti limitazioni, è stato progettato un nuovo sistema ora in fase di realizzazione. Per il prossimo anno è attesa la piena operatività, al fine di osservare la transizione di orologio e di misurare la sua frequenza rispetto alla fontana di Cesio (Contratto SOCII).

Realizzazione della scala di tempo UTC(IT) La generazione del campione italiano di tempo, UTC(IT), richiede miglioramenti in termini di affidabilità e robustezza per far fronte alle sempre più esigenti richieste dalla comunità metrologica di riferimento, e alle applicazioni ad alta tecnologia connesse al sistema europeo di navigazione.

Mise-en-pratique della candela mediante rivelatori a efficienza quantica predicabile (EMRP SIB57) INRIM ha contribuito alla progettazione e realizzazione del prototipo di un rivelatore a efficienza quantica predicibile (PQED) nell’ambito del progetto + iMERA quCandela. Si intende progettare una nuova e migliorata versione del PQED da convalidare come campione primario. L’applicazione del PQED come campione di sensibilità luminosa sarà studiata per il suo forte impatto sulla catena di riferibilità in fotometria.

Metrologia quantistica

Rivelatori Nano-TES per il conteggio di fotoni (EMRP NEW08) I sensori TES sono rivelatori intrinsecamente in grado di risolvere il numero di fotoni. Sono in grado di distinguere i fotoni e la loro energia dal vicino infrarosso (NIR) alla gamma visibile. Riducendo l'area attiva di tale rivelatore da 10-10 m2 al di sotto di 10-12 m2, si può passare da TES convenzionali a nano-TES. Il vantaggio atteso è di migliorare il tempo di risposta del rivelatore, attualmente il fattore limitante di un TES convenzionale, e di ottenere un rivelatore adatto per l'integrazione in sistemi NEMS

Sorgenti non classiche per misure sotto lo shot noise Sarà realizzata una sorgente basata sulla Parametric Down Conversion allo scopo di osservare oggetti microscopici al di sotto del limite dello shot noise (UE - Brisq) e di eseguire il rilevamento di un obiettivo in presenza di rumore preponderante (Fondazione San Paolo e Progetto premiale). INRIM realizzerà anche una sorgente ad alta intensità di luce squeezed mediante vapori di Cesio per applicazioni di quantum imaging (UE Brisq).

39/62


Interferometri quantistici a elevate prestazioni Interferometri di alta precisione ottenuta utilizzando luce non classica saranno applicati a test di fisica fondamentale. Specifici modelli matematici saranno elaborati per questo scopo. Questo risultato è un obiettivo di ricerca del progetto Fondazione San Paolo e Progetto premiale.


Energia

Metodi di misura per sistemi di illuminazione a stato solido (EMRP ENG05) L’illuminazione a stato solido utilizza diodi emettitori di luce (LED) per produrre luce, ed è fino a dieci volte più efficiente rispetto alle sorgenti tradizionali. La sua attuazione potrebbe ridurre significativamente la domanda di energia dell'Unione europea, in quanto l'illuminazione è responsabile del 20% dei consumi di energia elettrica. Il progetto sosterrà l'attuazione dell’illuminazione a stato solido in tutta Europa con la convalida di nuove linee guida e campioni di misura.

Ambiente

Sensoristica remota per monitoraggio climatico (EMRP ENV04) Le osservazioni globali dell'atmosfera terrestre, degli oceani e della superficie terrestre dallo spazio sono di vitale importanza per lo studio dei cambiamenti climatici e l'attuazione efficace delle misure di mitigazione da parte dei responsabili politici. Le misurazioni effettuate dallo spazio devono essere tracciabili e coerenti per permettere il confronto con i dati raccolti da altre fonti, ad esempio, da stazioni di monitoraggio sulla Terra, e formare un quadro completo. Questo progetto svilupperà nuovi standard e convaliderà i sensori utilizzati nei satelliti in modo che le misure dei parametri climatici possano essere realizzate nello spazio.

Salute

Rilevatori di radiazione solare UV (EMRP ENV03) La radiazione solare ultravioletta (UV) può produrre sostanze nell'atmosfera che possono indurre cambiamenti dell’ambiente. Pertanto le variazioni nella quantità di UV solare che raggiunge la superficie della terra potrebbe avere un effetto sul cambiamento climatico. Tuttavia, i metodi di misurazione attuali hanno incertezze di circa il 5% che sono troppo elevate per rilevare le variazioni e per modellare le tendenze future. Questo progetto mira a sviluppare nuovi metodi e strumenti per ridurre i livelli di incertezza al 2%.



Link ottico per la disseminazione del segnale di frequenza campione Il confronto di frequenza tramite collegamento in fibra ottica è la tecnica più promettente per confronti ad elevata accuratezza su scala continentale. Attualmente stiamo installando un collegamento tra INRIM e il LENS (UNIFI), a cui seguiranno POLIMI e INAF nei pressi di Bologna, dove si trova un osservatorio dotato di radiotelescopio. La disseminazione del riferimento di frequenza avverrà con una stabilità dell’ordine di 1 x 10-16 per tempi di misura di poche ore (PRIN 2009, EMRP SIB02, Contratto Premiale LIFT).

Disseminazione del segnale di tempo via NTP e via trasmissioni RAI Il segnale di tempo UTC(IT) viene diffuso agli utenti nazionali con mezzi diversi. I più conosciuti e utilizzati sono il segnale codificato trasmesso dalla RAI, che può essere decodificato mediante appropriati orologi radiocontrollati, e il segnale trasmesso su Internet chiamato Network Time Protocol, NTP (contratto RAI).


Orologio a cella di Rubidio ad elevata stabilità (EMRP IND55) A partire dal prototipo funzionante di un orologio a pompaggio ottico di una cella con vapori di rubidio sviluppato nell'ultimo anno per l'ESA, un ulteriore sviluppo è in fase di attuazione al fine di migliorare la

40/62

stabilità a breve termine al di sotto di 1 x 10-13 a 1s, e per controllare meglio la deriva di frequenza a lungo termine.

Strumenti per banchi di prova QKD (EMRP IND06) La distribuzione di chiavi quantistiche (Quantum Key Distribution – QKD) è in grado di migliorare sensibilmente la sicurezza dei dati memorizzati, trasferiti e accessibili attraverso reti di computer. La caratteristica unica di QKD è che garantisce la non intercettazione della chiave crittografica. Estremamente efficace in teoria, non esiste un metodo accettato per dimostrare la robustezza delle sue implementazioni pratiche. L’obiettivo è di mettere a punto nuove tecniche di misura per convalidare l'utilizzo pratico di QKD.

Sistema di navigazione europeo

Orologi e scale di tempo per il sistema di navigazione Galileo validati mediante Galileo Time Validation Facility durante la prossima In Orbit Validation phase Da 15 anni INRIM è fortemente coinvolto nelle attività di sincronizzazione del sistema europeo di navigazione Galileo. Attualmente è stato sviluppata e installata la Time Validation Facility, con il duplice scopo di convalidare il comportamento di tutti gli orologi nello spazio e a terra e di controllare che il segnale di tempo Galileo sia nel dovuto accordo con la scala internazionale UTC (contratti ESA / THALES).


Attività di taratura e prova Essa ricomprende la partecipazione a confronti chiave internazionali, la ertificazione tecnica per le attività di taratura e prova e le attività di mantenimento del Sistema Qualità (audit interni, sviluppo di procedure di taratura e prova, mantenimento delle CMCs)

Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura La Divisione offre supporto tecnico all’ l’Ente Italiano di Accreditamento (ACCREDIA)

Trasferimento tecnologico La divisione svolge una significativa attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione

Normazione tecnica

Normativa per comunicazioni quantistiche (ETSI) INRIM partecipa al comitato ETSI dedicato a individuare le procedure di riferimento per la distribuzione di chiavi quantistiche. Questo risultato è collegato al progetto EMRP IND06.

41/62





Prove e prestazioni (prin firenze) 155 105 105

EMRP 2012 416 428 303

Tot 4920 2744 1926


Tot 5220 3944 3126





Missioni 129 126 121

Personale 961 1081 1013

Totale 5281 3948 3436

RISORSE UMANE

Personale al 31/12/2012 Ricercatori Tecnologi Tecnici Amministrativi Totale

TI TD TI TD TI TD

17 5 2 0 7 0 0 31



(*) Richieste soggette al quadro normativo di riferimento. (**) Qualora non fosse possibile un TI nel 2015 allora i TI diventano 2.


Assoc. e incarichi


5 4 2 5 0 0 16



2013 2 4 1 1 1 2 11

2014 1 6 1 1 9

2015 2+1(**) 5 1 1 9+1(**)


2013 7 3 2 12

2014 3 4 3 10 2015 3 4 3 10

42/62


Programma Strumentazione richiesta Spesa prevista (k€)

O1 2 pettini ottici in fibra 550

O1 Noleggio fibre link ottico (2013**) 170

O2 Clean up oscillator per realizzazione scala di tempo 50 O3 Supercontinuum laser 70 O3 Refrigeratore ADR (adiabatic demagnetization refrigerator) 300

O4 Laser 100

O4 Criostato 200 Programma Intervento strutturale richiesto Anno Spesa prevista (k€)

O1 Ampliamento laboratorio link ottico 2013 35 O1 Ristrutturazione ufficio ex Marchisio 2013 10

O2 Alimentazione ridondante lab radionavigazione 2013 12

O3 Messa in sicurezza galleria fotometrica 2013 100

O4 Adeguamento laboratorio AS per interferometria di precisione 2013 100

Con riferimento alle cifre complessive assegnate alla divisione Ottica sulla base del Bilancio di Previsione 2013, viene fatta la seguente assegnazione ai programmi (cifre in k€): Prima assegnazione 2013 Investimento Funzionamento

Div/ cap 59 60 61 17 18.1 18.2

O1 44 0 380 1 220 0

O2 0 7 0 0 0 4

O3 70 4 0 8 0 0

O4 286 0 370 121 115 0

O5 0 19 0 0 0 6

Totale 400 30 750 130 335 10

43/62

Programma O1 – Campioni di frequenza Responsabile: Filippo Levi



Tecnici (CT e OT) 2,0 0,7 2,0 0,3 Tot 6,3 0,7 6,3 2,3 4,1

Ulteriori risorse umane 3,7 0,7

Totale 10,7 9,3 4,1

Articolazione del programma Implementazione del sistema SI O1.1 – Campione primario di frequenza a fontana di cesio criogenico.

1 – Confronti estensivi tra IT Cs F2 e fontane NIST al fine di verificarne l’accuratezza. 2 – Misura assoluta dello shift dovuto alla radiazione da corpo nero 3 – Misure di taratura di TAI

O1.2 – Orologio campione all’Yb 1 – Realizzazione della trappola di dipolo e sua caratterizzazione 2 – Osservazione riga di orologio a 578 nm

Disseminazione delle unità SI O1.3 – Link ottico per la disseminazione del segnale di frequenza campione

1 – Implementazione del link ottico in fibra tra Torino e Firenze 2 – Sperimentazione per la disseminazione in fibra di segnali di tempo

Ricerca per l’industria O1.4 – Orologio Rb in cella ad elevata stabilità

1. Miglioramento della stabilità a breve termine del POP

44/62

Programma O2: Algoritmi e Scale di tempo Responsabile: Patrizia Tavella




Ulteriori risorse umane 1,7 1,2 0,2

Totale 5,4 4,3 3,3

Articolazione del programma Implementazione del sistema SI O2.1 – Realizzazione scala di tempo UTC(IT)

1 - Sistema monitoraggio e segnalazione anomalie lab UTC(IT) e radionavigazione

Sistema di navigazione europeo O2.2 – Orologi e scale di tempo per il sistema di navigazione Galileo

1 – Migliorare le prestazione della Time Validation Facilitv (TVF) (versione 2) 2 – Partecipare alla sperimentazione In Orbit Validation dell’ESA 3 – Sviluppare algoritmi di caratterizzazione orologi e monitoring scale di tempo in tempo quasi reale

Disseminazione delle unità SI O2.3 – Disseminazione del segnale di tempo via NTP e via trasmissioni RAI

1 - Adeguamento infrastrutturale (terminare impianto elettrico e distribuzione segnali). 2 - Adeguamento funzionale (installare nuovo sistema automatico HW e SW per misura e gestione dati)

45/62

Programma O3 – Fotometria e Radiometria Responsabile: Giorgio Brida


TI TD TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 4,8 1,5 4,9 1,5 5,1 1,5

Tecnici (CT e OT) 1,9 1,9 1,9 Tot 6,7 1,5 6,8 1,5 7 1,5

Ulteriori risorse umane 3,9 2 1

Totale 12,1 10,3 9,5

Articolazione del programma Implementazione del sistema SI O3.1 – Sistema Internazionale: riformulazione della Candela

1. Rivelatore con efficienza quantica “calcolabile” 2. Rivelatore con discriminazione del numero di fotoni

Ambiente O3.2 – Sensoristica remota per monitoraggio clima

1. Radiometria per il remote sensing 2. Tecniche di imaging iperspettrale (visibile, NIR)

Salute O3.3 – Rilevatori di radiazione solare UV

1. Riferimenti per la radiazione UV 2. Tecniche di imaging iperspettrale (UV)

Energia O3.4 – Metodi di misura standardizzati per sistemi di illuminazione a stato solido

1. Caratterizzazione in situ di impianti di illuminazione stradale 2. Caratterizzazione goniofotometrica di sorgenti LED per applicazioni illuminotecniche 3. Tecniche di misura foto-colorimetriche per i materiali e i beni culturali

46/62

Programma O4 – Ottica quantistica Responsabile: Marco Genovese


TI TD TI TD Ricercatori e Tecnologi 4 3,9 4 4,5 4 4,5

Tecnici (CT e OT) 0,5 0,5 0,5 Tot 4,5 3,9 4,5 4,5 4,5 4,5


Totale 9,6 10,2 10,2

Articolazione del programma Metrologia quantistica O4.1 Sorgenti non classiche per misure sotto lo shot-noise

1 - Imaging quantistico (ghost imaging, quantum illumination) 2 - 4-wave mixing in vapore Cs (al fine di realizzare una sorgente di bifotoni a banda ultra-stretta) 3 - Sorgenti singolo fotone

O4.2 Rivelatori Nano-TES per il conteggio di fotoni

1 - Caratterizzazione degli stati di Bell prodotti in PDC ed applicazioni 2 - Protocolli tomografici innovative

Fisica, Matematica, Modellistica e ICT a supporto della metrologia O4.3 Interferometri quantistici ad elevate prestazioni

1 - Studio di diverse misure di entanglement su stati PDC 2 - Appplicazioni della luce quantistica all'interferometria

Ricerca per l’industria O4.4 Informazione quantistica

1 - Strumenti per banchi di prova QKD 2 - Schema di taratura rivelatori in regime analogico basato su correlazioni PDC e rivelatori multiplexed 3 - Standard per QKD, ETSI

47/62

Programma O5 – Mantenimento e disseminazione Responsabile: Maria Luisa Rastello



Tecnici (CT e OT) 2,8 2,8 2,8 Tot. 5,3 4,2 4,2


Totale 5,5 4,4 4,4

Articolazione del programma Attività di taratura e prova O5.1 - Partecipazione a confronti chiave internazionali O5.2 - Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova O5.3 - Attività di mantenimento del Sistema Qualità Supporto all’accreditamento dei laboratori di taratura O5.4 - Tempo e Frequenza O5.5 – Fotometria e Radiometria Trasferimento tecnologicoO5.6 Attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione

48/62

Divisione Termodinamica

L’attività della divisione è dedicata alla determinazione delle costanti fisiche, allo studio delle proprietà termodinamiche, acustiche e chimiche delle sostanze e dei materiali, ed alla ricerca metrologica nelle scienze biologiche, allo sviluppo di metodologie e dispositivi per applicazioni nei campi della salute e dell’ambiente. I programmi di ricerca sono finalizzati allo sviluppo di tecnologie, competenze e capacità di misura nel campo delle misure termiche, acustiche e della quantità di sostanza.

L’attività della divisione Termodinamica si svolge nei seguenti 5 programmi:

T1 Temperatura e umidità: campioni e nuovi sviluppi (resp. M. Battuello)

T2 Misure termiche e applicazioni (resp. A. Merlone)

T3 Acustica fisica (resp. R. Gavioso)

T4 Metrologia dell’acustica in aria e degli ultrasuoni (resp. G. Durando)

T5 Quantità di sostanza (resp. V. Fernicola)





Mise-en-pratique del kelvin

Implementazione della nuova definizione del kelvin

Campione primario di potenza acustica

Implementazione delle unità SI per la biologia

T1

T1,T3

T4

T5

Costanti fondamentali Determinazione della constante di Boltzmann kB T3



Energia

Metodologie innovative per il monitoraggio energetico dell’ambiente costruito

Proprietà termofisiche di idrocarburi, biocarburanti e miscele di gas naturali

T2

T3

Ambiente

Riferibilità per la metereologia, la qualità dell’aria e il clima

Metodi di analisi e sensori per gli inquinanti dell’aria Campioni per la salinità e acidità degli oceani

T2,T5

T5

T3

Salute

Dispositivi e metodi nel campo della terapia medica basata sull’utilizzo di ultrasuoni

Sensori e metodi per l’analisi degli alimenti

Campioni e metodi di misura per la medicina rigenerativa

Nuovi materiali dosimetrici per radiazioni ionizzanti

T3,T4

T5

T5

T5

49/62




Nuovi campioni primari per termometria e igrometria

Nuove tecniche per la riferibilità dei campioni di temperatura

Campioni di trasferimento della potenza acustica

Campioni gassosi e materiali di riferimento in chimica

Campioni primari per elementi chimici critici

Metodi di riferimento e campioni per l’analisi di cellule, tessuti, acidi nucleici e proteine

T1

T2

T4

T5

T5

T5


Metodi multi-spettrali per misure di alte temperature

Proprietà termiche di superfici ingegnerizzate

Trattamento ultrasonico della cellulosa per l’industria cartaria

Analisi delle superfici

T1,T2

T2

T3

T5

Tecnologie abilitanti Nuove metodologie di microscopia multimodale NLO per bio-imaging

T5




Taratura secondaria direttamente riferita alla temperature termodinamica

Partecipazione a confronti chiave internazionali

Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova

Attività di mantenimento del Sistema Qualità (audit interni, sviluppo di procedure di taratura e prova, mantenimento delle CMCs)

T1, T3

T1,T4,T5

T1,T4,T5

Tutti


Supporto tecnico all’Ente Italiano di Accreditamento

Confronti di misura nazionali

T1,T4,T5

T1

Trasferimento tecnologico

Diffusione di buone pratiche di misura e taratura di strumenti per la metereologia (WMO/CIMO)

Attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione

T2

Tutti

Normazione tecnica

Linee guida CIPM/CCT per la misura della temperatura

Normativa per le misure acustiche e la caratterizzazione acustica di edifici

T2

T4

50/62




Mise-en-pratique del kelvin. INRIM contribuirà alla mise-en-pratique con le attività per la realizzazione della STI-90 tra 13 K e 2500 K. Scale interpolate a radiazione verranno realizzate sia per temperature < 962 ° C, sia per temperature > 962 ° C. Una tecnica di estrapolazione della scala termodinamica consentirà la determinazione indiretta della temperatura di transizione di punti eutettici ad alta temperatura. Implementazione della nuova definizione del kelvin (EMRP SIB01 InK). La divisione Termodinamica dell’INRIM coordinerà le determinazioni sperimentali di T - T90 tra 1 K e 1000 K con incertezze bassissime. Ciò avverrà mettendo insieme i risultati di diversi esperimenti di termometria primaria da otto diversi istituti. I risultati saranno confrontati e le incertezze sistematiche dominanti verranno individuate e minimizzate. Queste attività fanno parte del progetto EMRP "Implementing the new kelvin". Campioni per l’umidità nei gas e nei solidi. Per l’implementazione del sistema SI per la grandezza Umidità, l’INRIM prevede di estendere la scala di temperatura di rugiada all’intervallo da -100 °C a +95 °C con sistemi in grado di operare sia a pressioni sub-atmosferiche, sia ad alta pressione, anche con gas diversi dall’aria, al fine di soddisfare le esigenze industriali dei produttori di gas puri e della sensoristica avanzata. Il progetto EMRP SIB64 METefnet avvierà lo studio e la realizzazione di campioni e metodi di riferimento per l’umidità nei solidi. In questo ambito, INRIM coordina l’attività di modellistica. Campioni primari di potenza sonora. Lo scopo di questo lavoro è realizzare l'unità di potenza sonora con un’incertezza associata pari a 0,5 dB in un campo di frequenza tra 50 Hz e 10 kHz. Tale sorgente è necessaria come base metrologica per la potenza sonora. Verrà sviluppato un modello a parametri concentrati in collaborazione con il Politecnico di Torino per il calcolo della potenza irradiata in campo libero . Implementazione delle unità SI per la biologia. La mancanza di metodi metrologici di caratterizzazione della purezza di biomolecole di grandi dimensioni costituisce uno dei maggiori ostacoli al raggiungimento di riferibilità SI nelle misure biologiche. Misure basate sul conteggio costituiscono una tecnologia chiave per il trasferimento della taratura a materiali utilizzati come campioni di trasferimento nel 'mondo reale'. INRIM svilupperà nel progetto EMRP Bio-SITrace: modelli matematici per le stime bayesiane dell’incertezza; un approccio basato sulla varianza di Allan per studi di stabilità; materiali di riferimento per il conteggio di cellule, analisi di purezza delle lipoproteine basate su Raman coerente. Costanti fondamentali

Determinazione della costante di Boltzmann kB. INRIM ha contribuito a determinazioni precedenti di kB con due metodi differenti, ossia, misurando la polarizzabilità dell’elio e misurando la velocità del suono in elio ad un singolo stato termodinamico (vedi CODATA 2010). INRIM continua a perseguire una riduzione dell'incertezza di tale determinazione con un metodo acustico nell'ambito di un progetto EURAMET coordinato da PTB.


Energia

Proprietà termofisiche degli idrocarburi, biocarburanti e miscele di gas naturale. La velocità del suono e le misure di permettività vengono utilizzate per determinare le proprietà termodinamiche di una varietà di fluidi energetici puri e di miscele: biocarburanti, gas naturale liquefatto e gas naturale prodotto da fonti non convenzionali. Queste attività fanno parte dei progetti EMRP: Metrology for biofuels (BIOFUELS), Metrology for Liquified Natural Gas (LNG) and Characterization of Energy Gases (GAS). Metodologie innovative per il monitoraggio energetico dell’ambiente costruito. Il progetto mira ad assicurare la riferibilità delle misure delle prestazioni energetiche dell’ambiente costruito. Si prevede di i) sviluppare un campione di tipo “guarded-hot-plate” per la taratura di termoflussimetri per flussi fino a 100 W/m2; ii) realizzare una stazione di misura della conducibilità termica di materiali isolanti per applicazioni

51/62

edilizie; iii) collaborare alla realizzazione di un banco di prova per la validazione di tecnologie per il monitoraggio dei consumi energetici (Prog. FP7-Ecothermo, div. Meccanica). Ambiente

Riferibilità per la meteorologia, la qualità dell'aria e il clima. La riferibilità delle misure riguardanti il cambiamento climatico ha come obiettivi: misure di temperatura in aria e in quota, pressione, umidità, velocità e direzione del vento, radiazione solare, ozono e VOC. INRIM partecipa al programma mondiale WMO-GAW di riferibilità delle scale di VOC con lo sviluppo di un nuovo standard dinamico compatto basato sulla diffusione. Il progetto EMRP ENV07 METEOMET fornirà misurazioni meteorologiche validate a livello europeo, grazie all’esperienza e ai risultati attesi dal consorzio di 18 paesi coordinato dall’INRiM. L’INRIM è coinvolto nello sviluppo di procedure di taratura e sistemi di misura in laboratorio e in situ di sensori PTU per stazioni meteorologiche automatiche. Analisi, metodi e sensori per le sostanze inquinanti in aria (EMRP ENV01 MACPoll). La direttiva europea sulla "qualità dell'aria ambiente e per un'aria più pulita per l'Europa" (2008/50/CE) stabilisce i valori limite e gli obiettivi di qualità dei dati per la misura negli Stati membri dell'Unione europea degli inquinanti atmosferici in aria ambiente. Nel progetto "Metrologia per le sostanze chimiche inquinanti in aria" dell'EMRP, microsensori sono identificati come strumenti di misura emergenti per la "misurazione indicativa" dettata dalla direttiva sulla qualità dell'aria. Un risultato chiave del JRP consiste nel costruire un nuovo sensore di NO2 ad alta sensibilità e selettivo utilizzando grafene. Campioni per la salinità degli oceani e l'acidità (EMRP ENV05 OCEAN). Misurare la velocità del suono in un campione liquido conduce a una determinazione delle proprietà termodinamiche. Questo metodo sarà applicato per la caratterizzazione di acqua di mare fino a 70 MPa a diverse temperature e salinità. Queste attività fanno parte del progetto EMRP ENV05 OCEAN, che comprende anche la valutazione di procedure standard per la misurazione dei parametri di acidità, come il pH, in condizioni di alta forza ionica (cioè alta salinità) che hanno un impatto rilevante sulla concentrazione di nutrienti disciolti e la capacità solvente dell’acqua di mare. Salute

Dispositivi e metodi nel campo della terapia medica basata sull’utilizzo di ultrasuoni (EMRP HLT03 DUTy). Sviluppo di materiali che simulano tessuti umani (TMMs) per la terapia ad ultrasuoni. Verranno prodotti e caratterizzati diversi campioni di TMM con diverse proprietà acustiche, meccaniche e termiche. Sarà realizzato un confronto internazionale con lo scopo di valutare diversi metodi e modelli che consentono di definire il concetto di dose ultrasonora. Queste attività fanno parte del progetto EMRP " Dosimetry for Therapeutic Ultrasound", il cui scopo è la definizione e la conseguente realizzazione di dose ultrasonora. Sensori e metodi per l'analisi degli alimenti. Saranno sviluppati metodi per la caratterizzazione dei prodotti alimentari per determinare la quantità di limiti tollerabili per i contaminanti chimici naturali o artificiali / residui presenti nei prodotti alimentari (ad esempio, melamina nel latte per neonati mediante spettroscopia Raman). La misurazione accurata di questi contaminanti è importante non solo per il consumatore, ma anche per il produttore. Sensori e tecniche di misura saranno sviluppati per determinare la provenienza alimentare. Questo aspetto potrebbe influenzare gli aspetti etici relativi al consumo consapevole e avere un impatto economico nella società. Campioni e metodi per la medicina rigenerativa. Saranno sviluppate tecnologie di misura riferibili per la caratterizzazione e il comportamento cellulare macromolecola di prodotti e processi in medicina rigenerativa. Nuove metodologie di misura, processi validati per la coltura di cellule staminali, metodi per la produzione di materiali di riferimento e manufatti per la taratura di strumenti sono in fase di sviluppo. Questo progetto di sviluppo di metodi di misurazione e tecnologie per la medicina rigenerativa. rappresenta un importante collaborazione tra INRIM, NMI europei, Università del Piemonte e l'industria Nuovi materiali dosimetrici per radiazioni ionizzanti (PRIN 2010-2012). La ricerca si propone di sviluppare nuove matrici a struttura idrogelica da impiegare come dosimetri per radiazioni ionizzanti. INRIM partecipa al progetto per la valutazione delle caratteristiche metrologiche della risposta segnale-dose sulla base delle misure di variazione delle proprietà chimico-fisiche dei materiali dosimetrici indotte dall’esposizione a radiazioni ionizzanti. Si indagherà inoltre le potenzialità della tecnica spettroscopica basata sull'effetto Raman negli studi della struttura dei composti chimici dei dosimetri a gel polimerici.

52/62


Riferibilità e disseminazione delle unità SI

Nuovi campioni primari per la termometria e igrometria. Nuovi punti fissi e punti di riferimento sono in fase di sviluppo (punto Xe e transizione solido-solido di ossigeno, a circa 24 K e 43 K). E’ stato firmato un contratto di ricerca con TIPC (Cina) per la fornitura di celle criogeniche di punti fissi e criostati sviluppate a INRIM. Continuano le indagini su nuovi punti eutettici metallo-carbonio ad alta temperatura da utilizzare come campioni primari. Un nuovo generatore di umidità termodinamico è in fase di sviluppo al fine di estendere la scala di temperatura di rugiada/brina fino a -100 ° C (frazione molare <20 ppbv). Nuove tecniche per la riferibilità dei campioni temperatura (EMRP SIB10 NOTED). INRIM guida il WP5 del progetto EMRP che include: la caratterizzazione e la funzione di riferimento di termocoppie Au/Pt; lo sviluppo di elettronica per il controllo della temperatura, nuovi amplificatori di temperatura e nuovi termometri dielettrici. Verranno effettuati studi della non-unicità a temperature fra i punti fissi, al fine di identificare la non-unicità di tipo 3 che deriva dal fatto che le caratteristiche fisiche non ideali dei termometri resistenza campione non sono incorporate nelle equazioni di interpolazione. Campioni di trasferimento della potenza acustica. Verranno caratterizzate le sorgenti sonore aerodinamiche secondarie. Verranno accuratamente valutati gli effetti delle proprietà ambientali attraverso il confronto inter-laboratorio che coinvolgerà quattro istituti metrologici europei. Al fine di ottenere la riferiblità della potenza sonora verrà studiato, progettato e realizzato, in collaborazione con PTB, un campione di trasferimento in grado di generare bande strette di rumore o toni puri. Le proprietà acustiche saranno valutate in campo semi-libero. Campioni gassosi e materiali di riferimento nel campo della chimica. Lo sviluppo di materiali di riferimento è uno mezzo significativo per la riferibilità metrologica delle misurazioni chimiche. Il lavoro svolto in questo contesto mira alla realizzazione di materiali di riferimento primari per analisi di gas con il metodo gravimetrico e al contributo per la caratterizzazione di materiali di riferimento mediante analisi ad attivazione neutronica. Campioni primari per elementi chimici critici (EMRP SIB09). La realizzazione e diffusione di campioni primari è di fondamentale importanza per la comparabilità dei risultati di misura, attraverso la riferibilità in tutti i campi dell’analisi chimica. In questo quadro INRIM partecipa al progetto EMRP SIB09 per la caratterizzazione e la disseminazione in relazione ai seguenti elementi: Al, Mg, Rh, Mo e Zn. Metodi di riferimento e campioni per cellule, tessuti, acidi nucleici e proteine. In conformità alle raccomandazioni CCQM e linee guida EMRP nel settore della salute, saranno sviluppati metodi di riferimento per l'analisi di cellule e tessuti (focalizzati su metodi metabolici e citometria a flusso, imaging, spettrofotometria e tecniche di spettroscopia), analisi degli acidi nucleici (focalizzati su metodi PCR quantitativi), analisi delle proteine (focalizzati sui metodi per indagare la struttura della proteina, concentrazione, attività e l'interazione con altre proteine / recettori). Progetti per l’industria

Metodi multispettrali per misure di alte temperature . INRIM studierà metodi multispettrali e svilupperà un sistema di misura flessibile nelle regioni spettrali UV-VIS e NIR fino a 0,95 um. Lo strumento consentirà la determinazione della temperatura di superfici con caratteristiche di emissione spettrale sconosciuta a T ≥ 2000 K. Verrà successivamente sviluppato uno strumento compatto per misure in campo. Queste attività sono parte del progetto EMRP IND01 HiTeMS. Proprietà termiche delle superfici ingegnerizzate (EMRP IND11 MADES). Questo progetto fornirà strumenti per migliorare la metrologia delle superfici ingegnerizzate superfici utilizzate per migliorare l’efficienza dei trasporti nell'UE. Una delle sfide metrologiche riguarda la misurazione della temperatura nel punto di contatto di usura tra superfici. L'INRIM coordina l’attività di caratterizzazione termica in situ e lo sviluppo di tecniche di misura e sensori integrati con ottica in fibra e imaging termico. Trattamento a ultrasuoni di prodotti a base di cellulosa per l'industria della carta (TUFOC). Si tratta di un progetto di R&S con PMI finalizzato alla realizzazione di nuovi dispositivi ad ultrasuoni scalabili per processi industriali di produzione della carta. E’ focalizzato su due obiettivi: i) l'uso della cavitazione acustica per la pulizia e condizionamento di fibre di carta riciclata; ii) lo sviluppo di un nuovo attuatore, a pressione

53/62

acustica, per l'orientamento e il trasporto attivo di fibre di cellulosa negli strati di liquido. Il progetto mira a dimostrare i vantaggi degli ultrasuoni in termini di risparmio energetico e riduzione dei rifiuti industriali. Analisi di superficie (EMRP IND15 SurfChem, NEW02 Raman). Il progetto SurfChem affronta la metrologia chimica e topografica delle superfici in un campo tecnico-scientifico orizzontale alla base di molti campi disciplinari in ingegneria avanzata in Europa. La spettroscopia vibrazionale è utilizzata per sviluppare la metrologia per l'analisi chimica ambientale e per applicazioni industriali non distruttive nel controllo di processo di superfici, in termini di funzionalità e pulizia. Gli obiettivi di NEW02 "Metrologia per la spettroscopia Raman" sono di rispondere alle esigenze di regolamentazione della spettroscopia Raman correlate a: spettroscopia Raman convenzionale, TERS, e scattering Raman multi-fotone. Il JRP migliorerà l’affidabilità di misura, stabilirà la riferibilità, svilupperà campioni di riferimento e preparerà le norme documentali. Tecnologie abilitanti

Nuova microscopia multimodale per bio-imaging. I fenomeni di biologia delle cellule si verificano su più scale dimensionali che richiedono l’analisi multiparametrica simultanea alla micro e nanoscala riducendo al minimo le perturbazioni sui sistemi viventi. INRIM sta sviluppando un approccio alla microscopia non-labeled, integrando tecniche avanzate di NLO imaging, Coherent Anti-Stokes Raman Scattering, generazione di seconda armonica ed eccitazione a due fotoni su una singola piattaforma con funzionalità di misura veloci e specializzati per colture cellulari e biologia. Un progetto EMRP è stato presentato. Ricerca pre-normativa

Linee guida CIPM / CCT per la misurazione della temperatura. Attraverso la presidenza WG2 del CIPM/CCT, INRIM coordinerà la stesura del "Blue book", sulle tecniche per la misura di temperatura. Questa pubblicazione ufficiale BIPM conterrà raccomandazioni per l'uso di termometri secondari, le loro capacità, le migliori pratiche per l'uso e le procedure di taratura. Opportune procedure di taratura saranno inoltre studiate e proposte alle istituzioni di meteorologia e climatologia per la riferibilità delle misure meteo e climatiche. Normativa per la metrologia del suono e l'acustica degli edifici. Recentemente è stata istituita una roadmap in acustica edilizia, nell’ambito EAA TC-RBA WG4 "Sound insulation requirements and sound classification", al fine di ridefinire procedure di misura in situ e in laboratorio. Tra queste procedure è stato proposto di effettuare misure di comportamento modale in un ampio intervallo di frequenze compreso il campo a basse frequenze (da 50 Hz a 100 Hz). Questa permetterebbe una riconsiderazione delle misure acustiche sia dal punto di vista teorico che quello pratico. L’INRIM, in qualità di laboratorio primario nell’acustica edilizia, è impegnato ad effettuare studi approfonditi ed esaustivi nel campo delle basse frequenza.


Taratura e prove

Taratura secondaria direttamente riferibile alle temperature termodinamiche. L'obiettivo è quello di sviluppare una più profonda comprensione degli effetti dell'ambiente nella taratura di termometri campione a capsula (CSPRT) e di sviluppare una raccomandazione per una procedura standardizzata per la loro taratura. INRIM estenderà e valuterà una tecnica adottata nel corso della determinazione della costante di Boltzmann per la taratura di CSPRTs nell’intervallo tra il punto del mercurio e dell’indio. Partecipazione a confronti chiave internazionali. La divisione partecipa (o prevede di partecipare) a 14 Key e Supplementary Comparison a supporto dell’MRA e coordina (o partecipa a) confronti pilota e confronti chiave regionali EURAMET. Questa attività è finalizzata al mantenimento e all’estensione delle capacità di misura riconosciute dal MRA; attualmente vi sono 83 CMC pubblicate nel KCDB del BIPM Altre 28 CMC sono in attesa di pubblicazione. Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova. La divisione prevede di continuare a svolgere una rilevante attività di taratura e prova in conto terzi rivolta ai laboratori industriali, ai laboratori di taratura accreditati,e alle PMI con l’emissione di oltre 300 certificati ogni anno. L’attività tecnica di supporto all’accreditamento riguarderà oltre 70 laboratori accreditati.

54/62

Trasferimento di conoscenza e tecnologia

Diffusione di best practice per la taratura di strumenti meteorologici (WMO/CIMO). Lo scopo di questa attività è l’applicazione dei concetti metrologici alle osservazioni meteorologiche. Le attività di formazione e divulgazione saranno organizzate per trasferire le migliori pratiche e le procedure metrologiche agli utenti di strumenti meteorologici. Sarà sviluppata nuova strumentazione e procedure di taratura specifiche. Questi protocolli verranno presentate ai competenti organismi internazionali come WMO/CIMO e ai gruppi di lavoro per la strumentazione delle organizzazioni nazionali di meteorologia.

55/62





Prove e prestazioni 280 280 280

EMRP 2012 350 270 120

Tot 1240 1330 1200


Tot 1890 1890 1780





Missioni 70 80 70

Personale 400 450 390

Totale 1360 1420 1280

RISORSE UMANE

Personale al 31/12/2012 Ricercatori Tecnologi Tecnici Amministrativi Totale

TI TD TI TD TI TD

17 5 3 0 10 1 0 36





Assoc e incarichi


6 5 8 7 0 0 26



2013 2 1 2 1 6

2014 3 1 1 5 2015 3 1 2 2 8


2013 2 2 1 5

2014 5 4 3 12

2015 6 3 2 11

56/62


Programma Strumentazione richiesta Spesa prevista / k€ T1 Analizzatore termico e DSC per misure di moisture 60 T3 Criostato pulse-tube 50

Programma Intervento strutturale richiesto Anno Spesa prevista / k€

T1 Climatizzazione laboratorio - p. terra, st. 24 2014 60 T2 Adeguamento laboratorio termometria p. interrato, st. 06

Per tunnel simulazione condizioni meteo terrestri 2013 20

T3 Costruzione prefabbricato per dislocazione apparecchiature alta tensione

2014 15

T4 Qualificazione camera di misura (potere fonoisolante) 2013 15 T5 Messa in sicurezza stoccaggio bombole e lab. chimico 2013 30

Con riferimento alle cifre complessive assegnate alla divisione Termodinamica sulla base del Bilancio di Previsione 2013, viene fatta la seguente assegnazione ai programmi (cifre in k€): Prima assegnazione 2013 Investimento Funzionamento

Div/ cap 59 60 61 17 18.1 18.2

T0 - 10 20 - 20 5

T1 - 90 - 5 - 30 T2 90 10 90 30 40 5 T3 20 10 - 45 - 5 T4 - 70 - - - 20 T5 140 10 - 20 - 5

Totale 250 200 110 100 60 70

57/62

Programma T1 – Temperatura e umidità: campioni e nuovi sviluppi Responsabile: Mauro Battuello





Articolazione del programma Implementazione del sistema SI T1.1 – Mise en pratique del kelvin

Realizzazione STI-90 tra 13 K e 2500 K Realizzazione di scale a radiazione interpolate nel VIS-NIR Tecniche multispettrali nell’ UV-VIS in termometria primaria Partecipazione alle attività degli organismi metrologici internazionali (CCT e suoi gruppi di

lavoro,WG1, WG2, WG4, WG5, WG6, WG9, EURAMET, IMEKO) T1.2 – Implementazione della nuova definizione del Kelvin

Coordinamento internazionale determinazioni sperimentali di (T - T90) tra 1 K e 1000 K Progetto e contributo alla realizzazione di un termostato (1000 K) per misure di termometria

acustica primaria Caratterizzazione metrologica di termometri campione utilizzati per la determinazione di T90 con

metodo acustico T1.2 – Campioni per l’umidità nei gas e nei solidi

Estensione della scala di temperatura di rugiada/brina (da -100 °C a +95 °C) Studio di campioni e metodi di riferimento per l’umidità nei solidi

Disseminazione delle unità SI T1.3 – Nuovi campioni primari per termometria e igrometria

Nuovi punti fissi e punti di riferimento: punto Xe e transizione solido-solido dell’ ossigeno, a circa 24 K e 43 K

Celle criogeniche e termostati per TIPC (Cina) Indagini su punti fissi eutettici metallo-carbonio ad alta temperatura da utilizzare quali campioni

primari Sviluppo di un generatore di umidità termodinamico per frazioni molari da 20 ppbv a 2000 ppmv Campione di riferimento per flussi termici tra 1 W/m2 e 100 W/m2

Attività di taratura e prova T1.4 – Attività di taratura e prova e supporto all’accreditamento

Partecipazione a confronti chiave internazionali di EURAMET e CIPM Confronti di misura nazionali Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova Supporto tecnico all’Ente Italiano di Accreditamento (ACCREDIA) Sviluppo di procedure di taratura e prova e mantenimento delle CMCs

Trasferimento tecnologico T1.5 – Consulenza tecnico-scientifica e formazione

58/62

Programma T2 - Misure termiche e applicazioni Responsabile: Andrea Merlone



Tecnici (CT e OT) 1,15 - 1,15 - 1,15 - Tot 4,35 1,7 4,35 1,7 4,35 1,7


Articolazione del programma Energia T2.1 – Metodologie innovative per il monitoraggio energetico dell’ambiente costruito

Sviluppo di un campione “guarded-hot plate” per la taratura di termoflussimetri Realizzazione di una stazione di misura della conducibilità termica di isolanti Generatori di gas umido ad alta pressione per gas di interesse energetico.

Ambiente T2.2 – Riferibilità per la meteorologia e il clima

Realizzazione di camera portatile per taratura di stazioni meteorologiche Realizzazione di tunnel del vento per simulazione condizioni ambientali terrestri.

Disseminazione delle unità SI T2.3 – Nuove tecniche per la riferibilità dei campioni di temperatura

Caratterizzazione e studio della funzione di riferimento di termocoppie Au/Pt Sviluppo di elettronica per il controllo della temperatura nei forni per punti fissi Nuovi amplificatori di temperatura Nuovi termometri dielettrici Studio della non-unicità della scala di temperatura a temperature fra i punti fissi di Al e Ag.

Ricerca per l’industria T2.4 – Proprietà termiche di superfici ingegnerizzate

Misurazione della temperatura nel punto di contatto di usura tra superfici. Caratterizzazione in situ e sviluppo di tecniche di misura e sensori integrati a fibra ottica e IR.

T2.5 – Metodi multi-spettrali per misure di alte temperature Sviluppo di un sistema di misura flessibile nelle regioni spettrali UV-VIS e NIR fino a 0,95 µm. Applicazioni alla misura di temperatura di superfici con caratteristiche di emissione spettrale

sconosciuta. T2.6 – Caratterizzazione metrologica di termocamere per applicazioni industriali

Analisi, studio e verifica delle caratteristiche minime indispensabili per l’impiego proposto in relazione all’incertezza di misura attesa.

Controllo della stabilità di misura a breve, medio e lungo termine in diverse condizioni ambientali. Trasferimento tecnologico T2.5 –Diffusione di buone pratiche di misura e taratura di strumenti

Procedure per taratura di strumenti per la meteorologia: sensori e stazioni automatiche Procedure di misura della trasmittanza di elementi edilizi opachi.

Normazione tecnica T2.6 – Linee guida CIPM/CCT per la misura della temperatura

Coordinamento stesura del testo ufficiale CIPM “CCT Guidelines on Secondary Thermometry”

59/62

Programma T3 – Acustica fisica Responsabile: Roberto Gavioso



Tecnici (CT e OT) Tot 3,6 1,2 3,6 1,2 3,6 1,2

Ulteriori risorse umane 3 3 2 Totale 7,8 7,8 6,8

Articolazione del programma Implementazione del sistema SI T3.1 – Implementazione della nuova definizione del Kelvin

Progetto e realizzazione di un apparato sperimentale per la misura della velocità del suono ad alta temperatura

Determinazione temperatura termodinamica fra 234 K e 1000 K con metodo acustico Costanti fondamentali T3.2– Determinazione della constante di Boltzmann kB

Riduzione dell'incertezza associata alla determinazione mediante perfezionamento del metodo acustico

Energia T3.3 – Proprietà termofisiche di idrocarburi, biocarburanti e miscele di gas naturali

Determinazione di proprietà termodinamiche di LNG (Liquified Natural Gas) e biocarburanti da misure acustiche in fase liquida

Igrometria di campioni di gas naturale prodotti da fonti alternative con metodo a microonde Salute T3.4 – Sviluppo di metodi di misura per applicazioni diagnostiche a ultrasuoni

Sviluppo di materiali che simulano tessuti umani (TMMs) per la terapia ad ultrasuoni Caratterizzazione di campioni di TMM con diverse proprietà acustiche, meccaniche e termiche

Ambiente T3.5 – Determinazione acustica di proprietà termofisiche di acqua oceanica

Misure di velocità del suono in campioni di acqua marina di salinità variabile in funzione della temperatura e della pressione (70 MPa)

Determinazione di proprietà termodinamiche di campioni di acqua marina Ricerca per l’industria T3.6 - Trattamento ultrasonico della cellulosa per l’industria cartaria

Sviluppo di metodi a ultrasuoni per la disinchiostrazione e il condizionamento di fibre di carta riciclata

Sviluppo di un attuatore acustico per l'orientamento e il trasporto attivo di fibre di cellulosa all'interno di una matrice liquida

T3.7 - Taratura secondaria direttamente riferita alla temperature termodinamica Progettazione e sviluppo di un prototipo di risonatore acustico utile per la calibrazione diretta di

termometri campione direttamente sulla scala di temperatura termodinamica

60/62

Programma T4 – Metrologia dell’acustica in aria e degli ultrasuoni Responsabile: Giovanni Durando



Tecnici (CT e OT) 3,4 3,4 3,4 Tot 6,5 0,2 6,5 0,2 6,5 0,2

Ulteriori risorse umane 2 1,2 Totale 8,7 7,9 6,7

Articolazione del programma Implementazione del sistema SI T4.1 – Campione primario di potenza sonora

Realizzazione della sorgente Sonora Verifica delle prestazione della sorgente nella gamma di frequenze 50 Hz - 10 kHz Sviluppo di un modello di calcolo a parametri concentrati per il calcolo della potenza in campo libero

Salute T4.2 – Dispositivi e metodi nel campo della terapia medica basata sull’utilizzo di ultrasuoni

Realizzazione un confronto internazionale con lo scopo di valutare diversi metodi e modelli che consentono di definire il concetto di dose ultrasonora

Estensione della capacità di misura della potenza ultrasonora Miglioramento del sistema di misura per la determinazione degli effetti termici indotti dal fascio

Riferibilità e disseminazione delle unità SI T4.3 – Campioni di trasferimento della potenza acustica

Caratterizzazione di sorgenti sonore aereodinamiche secondarie Valutazione degli effetti ambientali mediante confronto interlaboratorio Progettazione e realizzazione di un campione di trasferimento

Servizi per l’industria e la società T4.4 - Attività di taratura e prova

Partecipazione a confronti chiave internazionali Certificazione tecnica per le attività di taratura e prova Supporto tecnico all’ente Italiano di Accreditamento (ACCREDIA) Attività di consulenza tecnico-scientifica e di formazione Normativa per le misure acustiche e la caratterizzazione acustica di edifici

61/62

Programma T5 – Quantità di sostanza Responsabile: Vito Fernicola



Tecnici (CT e OT) 1,2 1 1,2 2 1,2 2 Tot 7,6 1 7,6 2 7,6 2

Ulteriori risorse umane 6,4 5,4 5,4 Totale 15 15 15

Articolazione del programma Implementazione del sistema SI T5.1 - Implementazione delle unità SI per la biologia Ambiente T5.2 – Metodi di analisi e sensori per gli inquinanti dell’aria

Sviluppo e caratterizzazione di microsensori a base di grafene per NO2 Determinazione di microinquinanti organici (es. IPA) nel particolato Metrologia per l'acidità degli oceani

Salute T5.3 – Sensori e metodi per l’analisi degli alimenti

Sviluppo di metodi analitici per la determinazione di microinquinanti organici (es. IPA, pesticidi) in matrici alimentari

Spettroscopia Raman per la determinazione dell’origine degli alimenti e di specie animali Nanotecnologie applicate allo sviluppo di substrati per l’amplificazione del segnale Raman (SERS) di

contaminanti in matrici alimentari

T5.4 - Campioni e metodi di misura per la medicina rigenerativa

T5.5 - Nuovi materiali dosimetrici per radiazioni ionizzanti Determinazione e caratterizzazione metrologica della risposta segnale-dose in sistemi dosimetrici Spettroscopia Raman per lo studio degli effetti delle radiazioni ionizzanti sui materiali dosimetrici

Disseminazione delle unità SI T5.6 – Campioni gassosi e materiali di riferimento in chimica

Materiali di riferimento gassosi primari di ossidi di carbonio e ossidi di azoto T5.7 - Campioni primari per elementi chimici critici

Caratterizzazione di materiali di riferimento solidi primari di alluminio, magnesio, rodio, molibdeno e zinco

T5.8 - Metodi di riferimento e campioni per l’analisi di cellule, tessuti, acidi nucleici e proteine

Ricerca per l’industria T5.9 - Analisi delle superfici

Analisi di contaminanti nelle camere bianche mediante spettroscopia infrarossa Analisi di contaminanti sulle superfici di moduli spaziali mediate wipe test e spettroscopia infrarossa Metodi di analisi di superfici di biomateriali per industria biomedicale

Tecnologie abilitanti T5.10 - Nuove metodologie di microscopia multimodale NLO per bio-imaging

Tecniche di misura Graphene Enhanced Raman Spectroscopy (GERS) Tecniche di misura e standard per Tip enhanced Raman Spectroscopy (TERS)

62/62

Allegato 1: Laboratori principali Divisione Elettromagnetismo Laboratori schermati per la metrologia elettrica in bassa frequenza e per la taratura di campioni e strumenti. Misure di potenza ed energia elettrica a frequenza industriale. Taratura di strumenti programmabili. Misure di conducibilità elettrolitica. Camera schermata per la metrologia elettromagnetica in alta frequenza (10 MHz - 40 GHz). Realizzazione e caratterizzazione di dispositivi superconduttori a film sottile. Realizzazione di nano-dispositivi e caratterizzazione ottica ed elettrica di nanodispositivi e nanomateriali. Analisi di materiali con diffrattometria a raggi X. Sistemi di microscopia a doppio fascio elettronico e ionico e per la microanalisi (Nanofacility). Preparazione di materiali magnetici per rapida solidificazione, di film sottili e di multistrati magnetici. Caratterizzazione e studio delle proprietà fisiche di materiali magnetici dolci, duri, amorfi e nanostrutturati. Laboratori e camere schermate per le misure magnetiche di alta sensibilità. Laboratori per lo studio delle proprietà di trasporto in nastri e film sottili magnetici. Camera anecoica e laboratori per la generazione di campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici di riferimento da 10 Hz a 4 GHz. Camera schermata per misure di compatibilità elettromagnetica. Laboratori di sperimentazione, taratura, misura e prova per forti correnti e alte tensioni. Studio e sperimentazione di schermature magnetiche fino a 100 kHz. Studio e sperimentazione di sensori, trasduttori ed attuatori.

Divisione Meccanica Laboratori per la stabilizzazione di laser e campioni ottici di frequenza. Laboratori per la nanometrologia, per la metrologia dei campioni lineari corti e lunghi, dei campioni circolari e della forma e per la metrologia a coordinate. Laboratori per le misure di massa (in struttura completamente interrata), densità e viscosità. Sistemi per le misure di portate di gas e di liquido. Galleria del vento (dispositivo non proprietario, presso Politecnico di Torino). Interferometria a raggi X e ottica. Laboratori per i campioni primari di forza, durezza, pressione e misura di accelerazioni. Laboratori di visione robotica e navigazione autonoma.

Divisione Ottica Laboratori per i campioni di tempo e frequenza, tra i quali il campione primario di frequenza a fontana di Cs. Camera schermata ad alta attenuazione per spettroscopia atomica e molecolare. Laboratori per i campioni fotometrici e colorimetrici, tra i quali il campione primario di intensità luminosa. Radiometria nell’ultravioletto. Camera oscura con controllo climatico presso il laboratorio di goniofotometria. Laboratori di radiometria criogenica fino a 40 mK. Laboratorio mobile per la caratterizzazione d’impianti d'illuminazione. Spettro-goniofotometria dei materiali. Laboratori di radiometria e informazione quantistica.

Divisione Termodinamica Laboratori per la misura della temperatura per contatto secondo ITS-90 (punti fissi tra 13,8 K e 1357,7 K). Laboratorio per la misura della temperatura a radiazione secondo ITS-90 (da 505,078 K a 2500 K). Laboratorio campioni di umidità tra -75 °C e 90 °C di punto di rugiada. Laboratori per la misura di proprietà termofisiche di gas, liquidi e solidi. Camere acustiche: riverberante, anecoica e semi-anecoica. Camere accoppiate per la misura dell’isolamento acustico. Laboratorio per la termometria acustica primaria. Laboratorio per la misura della potenza ultrasonora. Laboratorio di sonochimica e cavitazione. Laboratorio taratura microfoni campione. Laboratori per l’analisi dei gas e la preparazione di miscele gassose primarie Laboratori di spettroscopia per: bioscienze, gas in traccia, analisi di superfici, nanomateriali Laboratori di metrologia in biologia cellulare, biosensori e biometrologia. Laboratori di Radiochimica presso il Dipartimento di Chimica Generale dell’Università di Pavia Laboratori presso il LENA (Laboratorio di Energia Nucleare Applicata) presso l’Università di Pavia

Documents

PIANO TRIENNALE 2013-2015 - inrim.it · Successive integrazioni seguiranno a bilancio consolidato, secondo le richieste prospettate dalle Divisioni come indicato nei paragrafi a seguire