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Accelerazione laser-plasma

Benedetti, Rossi, Servizi, Sinigardi, Turchetti

All'incirca alla fine degli anni 90, l'avvento della tecnica di manipolazione degli impulsi laser detta CPA (Chirped Pulse Amplification) ha reso possibile ottenere impulsi temporamelte cortissimi, decine di femtosecondi, e potenze elevatissime, PW=10e15W.
Lo sviluppo dei laser ha quindi trovato numerose applicazioni; oltre agli studi sulla fusione nucleare a confinamento inerziale, è stato possibile dimostrare sperimentalmente l'efficacia di regimi di accelerazione di particelle che sfruttano i campi elettrici generati in onde di plasma eccitate da un impulso laser. Questo nuovo campo di ricerca apre nuovi scenari per realizzare macchine acceleratrici compatte e consente di studiare fenomeni fisici con una densità di energia elevatissima. Il gruppo di Bologna ha sviluppato un codice di simulazione numerica dedicato allo studio dell'interazione laser-plasma. Il codice "ALaDyn" è un condice PIC (Particle In Cell) in grado di eseguire lunghe simulazioni su migliaia di CPU sfruttando grandi cluster di computer. La ricerca del gruppo è prevalentemente focalizzata allo studio di accelerazione di elettroni e ioni e il lavoro si inserisce nei progetti INFN "PLASMONX" e "LILIA". I punti principali dell'attività di ricerca sono:
1) studio dell'accelerazione di elettroni autoiniettati in un'onda di plasma tramite rottura spontanea dell'onda eccitata da un laser di potenza
2) Elettroni iniettati esternamente in un'onda di plasma eccitata da laser
3) accelerazione di elettroni in un'onda di plasma eccitata da un bunch di elettroni proveniente da un acceleratore "convenzionale"
4) Accelerazione di ioni in regime TNSA (Target Norma Sheath Acceleration) considerando l'interazione tra laser e un foglio sottile di materiale metallico
5) Accelerazione di ioni con bersagli alternativi, fogli sottili con substrati di densità variabile o bersagli spessi di materiali a bassa densità.

Questi obiettivi scientifici necessitano anche di una ricerca e sviluppo dei metodi numerici più idonei all'esecuzione delle lunge e dispendiose simulazioni.

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