RICERCA ITALIANA     

STUDIO DELLA GENERAZIONE E DELLA PROPAGAZIONE DI ELETTRONI RAPIDI NEL CONTESTO DELL'APPROCCIO DI "IGNIZIONE VELOCE" ALLA FUSIONE NUCLEARE A CONFINAMENTO INERZIALE

Università degli Studi di Milano-Bicocca

Abstract

Il presente progetto si inquadra nella ricerca sulla fusione a confinamento inerziale e l’approccio cosiddetto di “ ignizione rapida” (fast ignition, FI), basato sull’idea di disaccoppiare la compressione del bersaglio (ottenuta con fasci ns ad alta energia) dalla fase di ignizione ottenuta con un fascio di elettroni generato nell’ìnterazione di un laser breve ultra-intenso con il bersaglio.
Su questa idea si basa il programma di Grande Infrastruttura Europea HiPER (High Power laser Energy Research Infrastructure) inserita nella roadmap ESFRI e di cui l'Unione Europea finanzierà parzialmente la "preparatory phase" nell'ambito del 7° FP (relativamente alle sole attività di management). Da notare anche che il il MIUR ha dichiarato esplicito interesse, con una lettera di intenti, a partecipare alla "preparatory phase" .

Obiettivo del presente PRIN è dare un contributo importante alla ricerca che la comunità scientifica internazionale sta portando avanti sull'argomento, nonchè alla ulteriore definizione del progetto HiPER stesso.
Il presente programma di ricerca prevede quindi un lavoro stretto e integrato tra le varie unità che lavoreranno insieme alla preparazione e realizzazione di esperimenti rilevanti da condurre nelle Large Facility laser europee e poi all’interpretazione dei dati ottenuti.
In particolare la nostra azione sarà mirata allo studio, sperimentale, teorico e numerico, delle seguenti >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Dino Dimitri Batani Università degli Studi di MILANO-BICOCCA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Con il presente progetto, le unità operative che parteciperanno alla ricerca intendono dare un contributo originale ad una serie di questioni scientifiche aperte che risultano fondamentali nel quadro della fusione a confinamento inerziale (ICF) ed in particolare del cosiddetto approccio di “ignizione rapida”.
In particolare la nostra azione sarà mirata allo studio, sperimentale, teorico e numerico, delle seguenti questioni:


1) caratterizzazione della sorgente di elettroni rapidi prodotti.
Vogliamo studiare in modo sistematico come variano i parametri principali della sorgente (efficienza di conversione, energia media, divergenza angolare) in funzione dei parametri del laser e del bersaglio. Ad esempio potrebbe essere necessario cambiare la lunghezza d’onda del laser (e quindi lavorare alla seconda o terza armonica) al fine di ottenere le energie medie desiderate per dlele date condizioni di irraggiamento. Tra i parametri del bersaglio, è particolarmente importante capire in modo dettagliato quali sono gli effetti introdotti dal preplasma prodotto dal preimpulso,…


2) studio della propagazione degli elettroni rapidi nella materia
In particolare vogliamo affrontare e comprendere i grandi problemi aperti per quanto riguarda il trasporto:
i) il trasporto con fasci di elettroni prodotti da impulsi laser relativamente lunghi. Tutti gli esperimenti effettuati finora hanno utilizzato impulsi laser sub-ps o al >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi dalla ricerca riguardano essenzialmente:
1) L’avanzamento delle conoscenze scientifiche nel settore della fusione nucleare a cconfinamento inerziale ed, in particolare, dell’approccio di ignizione rapida (fast ignition). Tale avanzamento della conoscenza sarà ottenuto sia effettuando esperimenti rilevanti sull’argomento (in large facility europee) sia tramite contributi a livello teorico e numerico.

2) Contribuire alla definizione dei parametri del progetto HiPER relativo alla costruzione di una facility europea per studi sulla fusione inerziale. In particolare le nostre unità potranno contribuire alla definizione dei parametri idrodinamici relativi alla fase di compressione e allo studio dei fenomeni di generazione e di trasporto degli elettroni veloci.

3) Lo sviluppo di sistemi diagnostici per lo studio delle interazioni laser-plasma in regime ultra-breve ultra-intenso. Tali sistemi saranno basati su una molteplicità di principi fisici: scattering di armoniche (intere e semi intere) da plasmi; ombroscopia ed interferometria per la caratterizzazione dei plasmi prodotti (in particolare dal preimpulso); spettroscopia X ad alta risoluzione per la misura di temperatura e densità del plasma; imaging Ka e studio della OTR per l’imaging del fascio di elettroni rapidi nel bersaglio; spettroscopia Ka per lo studio del riscaldamento indotto nel materiale.

4) Lo sviluppo e l’ottimizzazione di codici numerici, sia >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il presente progetto si inquadra nella ricerca che a livello internazionale viene condotta sui plasmi prodotti da laser ed in particolare sulla fusione a confinamento inerziale (ICF, Inertial Confinement Fusion, o IFE, Inertial Fusion Energy) e l’approccio cosiddetto di “ ignizione rapida” (fast ignition, FI). Tale approccio introdotto da M.Tabak al Livermore [1], [2] e studiato in dettaglio da S.Atzeni a Roma1 [3], è basato sull’idea di disaccoppiare la compressione del bersaglio (ottenuta con fasci ns ad alta energia) dalla fase di ignizione ottenuta con un fascio di elettroni generato nell’ìnterazione di un laser breve ultra-intenso con il bersaglio.
Su questa idea si basa il programma di Grande Infrastruttura Europea HiPER (High Power laser Energy Research Infrastructure) inserita nella roadmap ESFRI [4] e di cui l'Unione Europea finanzierà parzialmente la "preparatory phase" [5], [6].

Obiettivo del presente PRIN è dare un contributo importante alla ricerca che la comunità scientifica internazionale sta portando avanti su questo argomento, e contribuire alla ulteriore definizione del progetto HiPER stesso. Notiamo come i proponenti abbiano qui già giocato un ruolo fondamentale: Il dimensionamento di massima di HiPER è stato eseguito basandosi su stime, calcoli e simulazioni eseguite principalmente da S.Atzeni di Roma1, che ha anche coordinato il gruppo di lavoro sulla fisica della fusione, mentre D.Batani e L.Gizzi sono stati >>>