Generazione di elettroni veloci durante l’interazione laser-plasma in condizioni tipiche per lo schema “Shock Ignition” di fusione a confinamento inerziale.
La fusione a confinamento inerziale (ICF) è un processo per raggiungere l’innesco delle reazioni di fusione nucleare (ignizione) in cui il combustibile (deuterio e trizio) viene riscaldato e compresso attraverso potenti fasci di luce laser (o più raramente fasci di elettroni o ioni) (vedi figura). Lo schema “Shock Ignition” è uno schema ICF, in cui vengono separate le fasi di compressione e di ignizione: dopo la compressione del combustibile ottenuto con un fascio lungo (10 ns) e a bassa intensità (~1014 W/cm2), viene utilizzato un impulso corto (300-500 ps) ad alta intensità (~1016 W/cm2) per generare una forte onda d’urto che a sua volta produce l’ignizione. Tale schema è particolarmente promettente perché riduce significativamente le instabilità idrodinamiche che si sviluppano durante la compressione, e per questo suscita un notevole interesse dalla comunità scientifica internazionale. I ricercatori del laboratorio ILIL (Laboratorio Irraggiamento con Laser Intensi) sono coinvolti nella ricerca in questo settore, in collaborazione con ricercatori europei, USA e giapponesi, e tale ricerca è al momento finanziata dal Consorzio europeo Eurofusion. In particolare, i ricercatori ILIL sono impegnati nello studio dei processi di interazione del fascio laser con il plasma in condizioni più prossime possibile a quelle per lo “Shock Ignition”.
L’argomento proposto per questa tesi di dottorato è lo studio sperimentale della generazione di elettroni veloci (> 10 keV) durante l’interazione laser-plasma e la loro caratterizzazione in flusso ed energia. A seconda della loro energia, tali elettroni possono causare un pre-riscaldamento del combustibile, impedendone l’ignizione, o al contrario contribuire all’onda d’urto, facilitandola. Per tale motivo l’argomento proposto in questa tesi è fondamentale al fine di capire la fattibilità dello schema.
E’ ben noto che tali elettroni vengono prodotti dal “damping” di onde di plasma, generate da instabilità parametriche come lo scattering Raman stimolato (SRS) e il decadimento a due plasmoni (TPD). Tali processi sono però fortemente non-lineari, spesso in competizione tra loro, e la modellizzazione dell’intero processo di interazione con simulazioni numeriche è al momento non percorribile. Per questo motivo, è necessario uno studio sperimentale di tali processi in condizioni di interazione che richiedono laser potenti, di diversi kJoule di energia, disponibili in grandi facilities internazionali.
La tesi prevede quindi la partecipazione a esperimenti in tali, in collaborazione con ricercatori europei. Si tratterà di investigare la crescita delle instabilità parametriche in diverse condizioni di irraggiamento laser, la loro dipendenza dai parametri sperimentali e la generazione di elettroni veloci con diagnostiche principalmente spettroscopiche e calorimetriche. Il lavoro di tesi includerà la progettazione degli apparati di misura da utilizzare in situ, il montaggio e la presa dati, ed infine la loro analisi.
Per informazioni contattare: Dr. Gabriele Cristoforetti – 0503152222
Nell’ambito di un progetto collaborativo Europeo, recentemente finanziato da Eurofusion (European Consortium for the Development of Fusion Energy), abbiamo recentemente partecipato a diverse campagne sperimentali presso il Prague Asterix Laser System (Praga, Repubblica Ceca) per studiare i processi di interazione laser-plasma in condizioni rilevanti per la Shock Ignition, cioè intensità laser di circa 10^16 W/cm2 focalizzati su plasmi lunghi (mm) e caldi (diversi keV).