L3IA - Line for Laser Light Ion Acceleration
L'obiettivo principale del progetto INFN L3IA vuole essere quello di mettere a punto e rendere operativa una avanzata facility di test per fasci di ioni ottenuti da sorgenti laser-plasma, partendo dai risultati ottenuti finora in questo campo dalle collaborazioni in essere attraverso campagne sperimentali e di modellizzazione numerica. In accordo con le tempistiche del progetto, la sorgente laser-plasma sarà operativa entro la metà del 2017, inizialmente ad una potenza laser di 100 TW, permettendo così alle infrastrutture di ricerca italiane di rimanere al passo con i gruppi europei ed internazionali in genere e con i laboratori coinvolti nei progetti di accelerazione di ioni basati su laser-plasma, grazie a questo laboratorio di assoluto rilievo. Il progetto vedrà un punto chiave nel 2018, quando la facility sarà in grado di produrre in modo controllato e ripetitivo, tramite l'utilizzo di tecniche consolidate (TNSA), un fascio di protoni di energia superiore ai 14 MeV, implementando inoltre tecniche di post-accelerazione e manipolazione dei fasci. Al contempo, saranno esplorati altri meccanismi più avanzati di accelerazione, in vista di un futuro upgrade della linea.
La collaborazione L3IA coinvolge ricercatori provenienti dalle aree di Milano, Pisa, Bologna, Napoli e Catania (LNS) dell'INFN. Il laboratorio di riferimento prescelto dalla collaborazione è quello di Pisa, grazie alla disponibilità di una adeguata infrastruttura per il laser già installata (il costo dell'acquisto, assemblaggio e manutenzione di un nuovo impianto sarebbero altrimenti assolutamente incompatibile col progetto), sfruttando e approfondendo la collaborazione con il CNR-ILIL.
TLa proposta di progetto ha ricevuto l'approvazione scientifica per il 2016 e il 2017 dalla Commissione Scientifica Nazionale 5 dell'INFN. Il CNR ha garantito l'upgrade del laser, in particolare delle componenti chiave (pompe, compressore e camera a vuoto), in parallelo ad un ampliamento degli spazi che ospitano l'esperimento.
Gli studi dei processi fondamentali di accelerazione di ioni tramite meccanismi laser-plasma sono un punto chiave del programma di ricerca del CNR e lo studio di nuovi regimi di accelerazione è un obiettivo critico per l'INFN. Questa sovrapposizione di interessi scientifici è il punto di forza dell'esperimento che è nato dalla precisa collaborazione delle due realtà di ricerca italiane.
Per riassumere, la proposta di progetto è basata su due rami di attività da sviluppare in parallelo, ossia a) lo sviluppo di un nuovo laboratorio con laser ad alta potenza e b) la ricerca sui meccanismi di accelerazione laser-plasma usando l'attuale laser da 10 TW.
Da gennaio a settembre 2016 la Collaborazione L3IA ha raggiunto i seguenti obiettivi:
- Messa in opera del nuovo laboratorio per l'installazione dell'amplificatore laser definitivo
- Messa in opera del nuovo laboratorio per l'installazione del compressore e della nuova camera di interazione
- Installazione e test della linea di trasporto a vuoto del laser dalla zona del compressore a quella della camera di interazione
- Disegno della linea ottica di trasporto laser e acquisto delle componenti necessarie alla sua realizzazione, inclusi 13 specchi e sostegni per gli stessi, quasi totalmente controllabili da remoto
- Disegno del sistema di diagnostica della linea laser
- Acquisto e installazione della pompa laser necessaria per raggiungere la potenza finale di 100 TW.
Il programma scientifico, sviluppato in parallelo, ha raggiunto altri importanti traguardi nel frattempo: sono stati pubblicati dieci articoli scientifici in questo periodo e si è completato lo studio di due differenti configurazioni di interazione laser-plasma. Sono stati analizzati diversi materiali per le targhette (alluminio, titanio, oro, plastiche mylar, materiali nanostrutturati) e sono stati misurati protoni di energia massima 2.8 MeV, tramite un affidabile sistema basato sul tempo di volo.
