Verso la fusione nucleare

Con il termine Shock Ignition (SI) si indica uno schema a due fasi, introdotto da R.Betti (R. Betti et al. Phys. Rev. Lett. 98, 155001, 2007), per raggiungere la fusione indotta da laser, detta a Confinamento Inerziale. Nello schema SI, una intensa onda d’urto viene generata da un laser intenso alla fine della fase di compressione del combustibile, e induce l’ignizione.

Profilo dell’impulso laser

Sia la compressione del combustibile Deuterio-Trizio, sia l’intensa onda d’urto, sono ottenuti da un unico impulso laser (figura a destra), composto da un picco di qualche ns di intensità moderata (< 1015 W cm-2) seguito da un picco della durata di 300-500 ps e di intensità I≈1015–1016 W cm-2. Il vantaggio principale dello schema SI è l’elevato guadagno atteso, che permette di ottenere l’ignizione a energie laser moderate, già disponibili presso le grandi facilities NIF e LMJ. Il successo di tale approccio è principalmente determinato dal buon accoppiamento del picco laser intenso con la corona già compressa. E’ infatti necessario che il laser sia assorbito con grande efficienza in modo da generare un’onda d’urto di alcune centinaia di Megabar. D’altra parte, la fisica che riguarda l’interazione laser plasma a intensità tipiche di questo schema è fortemente non lineare e ancora in gran parte sconosciuta.

La nostra attività è incentrata nello studio dell’accoppiamento laser-plasma in questo regime, che è spesso dominato da instabilità parametriche, tra cui lo Stimulated Brillouin Scattering (SBS), lo Stimulated Raman Scattering (SRS, vedi figura sotto) e il Decadimento a due plasmoni (TPD). Lo crescita di tali instabilità, spesso correlate tra loro, avviene in modo non lineare ed è spesso influenzato da parametri locali (per esempio dai laser speckles) e da altri fenomeni come la filamentazione laser. Le instabilità possono degradare significativamente l’accoppiamento laser-plasma, riflettendo una larga parte della luce laser, e generare elettroni energetici che a loro volta possono provocare un pre-riscaldamento del combustibile o in ogni caso influenzare la pressione dell’onda d’urto.

Spettro di radiazione emessa da Stimulated Raman Scattering

Una conoscenza approfondita di tali fenomeni che influenzano l’accoppiamento laser-plasma è quindi necessaria al fine di progettare l’impulso laser e le condizioni di interazione da utilizzare in un reattore a SI. L’attività di ricerca attuale viene svolta all’interno di un consorzio europeo finanziato da Eurofusion (Consorzio Europeo per lo ricerca nel campo della fusione nucleare), che è seguito al programma europeo HiPer. Le ultime campagne sperimentali sono state effettuate presso la Prague Asterix Laser facility (PALS) in collaborazione con altri gruppi di ricerca europei e sono state finanziate da Laserlab-Europe. Futuri esperimenti sono previsti presso le strutture Vulcan, Omega e LMJ.

 


Pubblicazioni recenti:

  • P. Koester et al., Plasma Phys. Control. Fusion 55, 124045, 2013
  • D. Batani et al., Phys. Plasmas 21, 032710, 2014
  • G. Cristoforetti et al., Euro Phys. Lett., 117, 35001, 2017