Interazione laser-plasma nel regime rilevante per la fusione-laser con shock ignition

La Shock Ignition (SI) è un promettente schema a due-step per la Fusione a Confinamento Inerziale (ICF), in cui una intensa e convergente onda d’urto viene lanciata nel plasma alla fine della fase di compressione per indurre l’ignizione del combustibile. Sia la compressione del plasma di DT sia l’onda d’urto possono essere prodotti tramite un singolo impulso laser customizzato (Fig.1), consistente in un picco lungo, dell’ordine del ns, a intensità inferiori a10<sup>15</sup> W cm<sup>-2</sup>, seguito da un picco corto e intenso della durata di 300-500 ps e intensità I≈10<sup>15</sup>–10<sup>16</sup> W cm<sup>-2</sup>.Il vantaggio principale dell’approccio a SI è il potenziale alto guadagno, che permette l’ignizione a energie laser moderate, già disponibili nelle esistenti facilities LMJ e NIF.
Il successo dello schema è principalmente determinato dall’accoppiamento del picco laser intenso con il plasma precompresso dove un efficiente assorbimento dell’energia laser è necessario a generare un’onda d’urto di alcune centinaia di Megabar. La fisica dell’interazione laser-plasma a intensità laser tipiche del picco è però altamente non lineare e ancora in gran parte non conosciuta.
La nostra attività è focalizzata a studiare l’accoppiamento laser-plasma in questo regime, dove instabilità parametriche come lo Stimulated Brillouin Scattering (SBS), lo Stimulated Raman Scattering (SRS) e il Two-Plasmon Decay (TPD), spesso correlate tra loro, possono crescere in modo non-lineare e la filamentazione laser può influenzare ulteriormente la loro rilevanza. Questi processi possono degradare significativamente l’accoppiamento laser-plasma producendo una forte riflessione di luce (SBS e SRS) e generare elettroni sovratermici, il cui effetto sull’ignizione è ancora poco noto. Una conoscenza approfondita degli effetti che influenzano l’accoppiamento laser-plasma è perciò fondamentale per progettare l’apparato sperimentale necessario per la SI. L’attività è stata dapprima portata avanti nel contesto del progetto europeo HiPER(http://www.hiper-laser.org), attualmente concluso, dedicato a dimostrare le potenzialità della fusione indotta da laser come futura sorgente energetica. Successivamente il gruppo di lavoro di ILIL sulla fusione inerziale è stato uno dei promotori di un nuovo progetto europeo EUROFUSION, focalizzato sul ruolo degli elettroni veloci per ottenere pressioni sul target dell’ordine delle centinaia di Mbar, e sull’importanza dell’uniformità dell’impulso laser. Negli ultimi anni gli esperimenti sono stati condotti presso il laboratorio Prague Asterix Laser (Fig.2) in collaborazione con altri gruppi di ricerca europei e sono stati finanziati dal LaserLab Europe. Dal 2019 è iniziata anche l’attività sperimentale del laser Megajoule (LMJ) a Bordeaux, in Francia, sempre sui medesimi temi.