EuroFusion


Introduzione e obbiettivi del progetto

Il progetto finanziato da Eurofusion (European Consortium for the Development of Fusion Energy), mira a realizzare un programma di ricerca sullo “Shock Ignition” (SI), uno schema promettente per la fusione a confinamento inerziale proposto da R. Betti. Lo SI si basa sulla separazione della fase di compressione del combustibile termonucleare da quella di ignizione, ottenuta da un impulso laser di alta intensità (fino a 1016 W/cm2 per la durata di 300-500 ps). La fattibilità dello schema dipende dall’accoppiamento di tale picco con la corona precompressa in modo da produrre un’onda d’urto molto intensa (almeno 300 Mbar sul fronte di ablazione). Lo schema è compatibile con la tecnologia laser attuale (utilizzata per costruire NIF e LMJ) e sarà quindi probabilmente testata nel prossimo decennio.

Spettri SRS ottenuti al PALS. Sopra, irraggiamento a 438 nm, sotto irraggiamento a 1315 nm. 

L’inizio delle attività del laser LMJ/PETAL e la possibilità di svolgervi esperimenti di carattere civile da parte di gruppi accademici rende possibile, per la prima volta, eseguire esperimenti di fusione inerziale “full-scale” in Europa. Con lo scopo di preparare tali futuri esperimenti, i partecipanti di questo progetto porteranno avanti esperimenti di preparazione presso il Prague Asterix Laser System (PALS) a Praga e Omega (Università di Rochester), con l’obbiettivo di rispondere ad alcune problematiche fisiche aperte e di consolidare una comunità di ricerca Europea, che già lavora  su esperimenti di fusione inerziale su grandi laser. Altri esperimenti in programma, coordinati dal laboratorio ILIL, si svolgeranno presso il laser Vulcan ai laboratori CLF e a GEKKO XII a Osaka. Le questioni fisiche principali che vogliamo investigare sono 1) la generazione di “elettroni veloci” nel regime di interazione rilevante per la “SI” e il loro effetto sulla generazione e sulla dinamica dello shock e 2) indagare sulla necessità di uniformità dell’irraggiamento laser per valutare la possibilità di utilizzare uno schema di irraggiamento “bipolare” del target (che sarebbe immediatamente compatibile con le facilities progettate per gli schemi di “indirect drive” come NIF e LMJ). Oltre a rispondere a queste questioni aperte, il progetto si pone l’obbiettivo di preparare una proposta per un esperimento congiunto con lo schema di irraggiamento bipolare da eseguire a LMJ/PETAL.

Il ruolo dell’unità di ricerca ILIL

I ricercatori del laboratorio ILIL, precedentemente coinvolti nel progetto Europeo HiPER, hanno approfondite competenze nello studio sperimentale dell’interazione laser-solido e, in particolare, nel caratterizzare i meccanismi di interazione laser-plasma. In questo progetto, il gruppo ILIL contribuisce alle campagne sperimentali, spesso coordinando gli esperimenti. La sua attività comprende la caratterizzazione degli elettroni veloci (anche mediante simulazioni GEANT) e, in particolar modo, lo studio delle instabilità parametriche. Nel regime di interazione SI, infatti, il ruolo dei processi di Scattering Brillouin Stimolato (SBS), di Scattering Raman Stimolato (SRS) e di decadimento a due plasmoni (TPD) è centrale, sia per la riduzione dell’accoppiamento laser-plasma dovuto alla significativa riflessione di luce (SBS e SRS), sia per la generazione di elettroni veloci dovuta a SRS e TPD, che possono pre-riscaldare il combustibile impedendone la compressione oppure, al contrario, intensificare lo shock.

Le unità coinvolte

Responsabile del progetto è Dimitri Batani (Centre Laser Intense and Applications, CELIA). I partecipanti al progetto sono unità di ricerca operanti in diversi stati europei, con competenze sia teoriche sia sperimentali, che hanno già contribuito alla ricerca sullo schema Shock Ignition. Molti di tali gruppi erano già coinvolti in passato nel progetto Europeo HiPER, dedicato a dimostrare la fusione inerziale da laser come sorgente futura di energia. Le unità coinvolte sono:

  • Il nostro laboratorio ILIL di Pisa (Responsabile LA. Gizzi). Il responsabile dell’unità di ricerca è G.Cristoforetti.
  • Unità di Praga (IoP, ELI, , PALS, CTU Prague) – Responsabile: Stefan Weber
  • Università di Roma “La Sapienza” – Responsabile: Stefano Atzeni
  • UK shock ignition collaboration – Responsabile: Robbie Scott
  • Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) – Responsabile: Ricardo Florido
  • IPPLM, Warsaw – Responsabile: Tadeusz Pisarczyk
  • Wigner Research Centre for Physics of the Hungarian Academy of Sciences – Responsabile: István Földes
  • Polytechnic University of Madrid, Spain – Responsabile: Javier Honrubia