Superintense Laser-Driven Ion Sources

FIRB 2008 RBFR08T5UN_003 SULDIS

Finanziamento del: Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca (MIUR)  
Calls: FIRB
Data inizio: 2010-12-01  Data fine: 2014-12-01
Budget totale: EUR 439.000,00  Quota INO del budget totale: EUR 67.200,00
Responsabile scientifico: Passoni Matteo    Responsabile scientifico per INO: Macchi Andrea

Sito Web: Visita

Principale Organizzazione/Istituzione/Azienda assegnataria: Politecnico di Milano

altre Organizzazione/Istituzione/Azienda coinvolte:

altro personale INO coinvolto:



Abstract: L’accelerazione di ioni da bersagli solidi irraggiati da impulsi laser ad altissima intensità è un’area di ricerca in rapida crescita, che al momento attrae una
vastissima attenzione teorica e sperimentale a livello mondiale. I punti chiave di questo interesse sono le dimensioni ultra-compatte del sistema e il fatto che le
proprietà degli ioni accelerati da laser sono, sotto molti aspetti, marcatamente differenti da quelle di fasci da acceleratori “convenzionali”. In particolare, la qualità
spaziale dei fasci accelerati da laser è eccezionalmente elevata, e la loro durata alla sorgente è più breve per ordini di grandezza rispetto ad altre sorgenti. Grazie a
tali proprietà i fasci di ioni accelerati da laser hanno un grande potenziale applicativo e di innovazione in varie aree scientifiche, tecnologiche e mediche.
Dal punto di vista della fisica fondamentale, la dinamica dell’interazione laser-plasma ad altissima intensità alla base di questi fenomeni e l’accelerazione di quantità
macroscopiche di materia verso energie dell’ordine del GeV/nucleone rappresentano esempi unici di sistemi relativistici a molti corpi che possono essere prodotti e
studiati in laboratori di piccola scala. Lo studio di tali sistemi rappresenta una sfida per la fisica teorica e computazionale, a causa della dinamica collettiva ed
estremanente nonlineare e della sua tipica natura di scale multiple.
Questo progetto ha il fine di ottenere risultati altamente innovativi in questo campo di ricerca attraverso lo sforzo congiunto di tre unità di ricerca italiane, che
rappresentano di fatto le più importanti realtà nazionali sul versante della teoria e simulazione dell’accelerazione laser-plasma, e di partners internazionali che sono
leader a livello internazionale sul versante sperimentale. Il lavoro comprenderà un esteso e dettagliato studio teorico e computazionale dei principali regimi di
accelerazione degli ioni, in particolare di quelli fondati sui meccanismi di “Target Normal Sheath Acceleration” e “Radiation Pressure Acceleration”. Lo studio sarà
finalizzato ad una comprensione più profonda dei dati sperimentali esistenti ed alla proposta e successiva interpretazione di esperimenti ulteriori, nonché a
caratterizzare la fisica e leggi di scala dell’accelerazione di ioni nei regimi di intensità laser “estreme” del prossimo futuro, nei quali ci si può attendere la conquista
di traguardi a lungo inseguiti per le applicazioni degli ioni. In particolare, una parte molto importante della ricerca sarà focalizzata sul progetto, la produzione e la
prova sperimentale di bersagli micro- e nanostrutturati le cui caratteristiche verranno studiate al fine di ottimizzare la produzione di ioni energetici. Questa attività
di ricerca nel suo complesso comprenderà e coordinerà in maniera inedita competenze dalla scienza e ingegneria dei materiali con altre dalla fisica dell’interazione
laser-plasma e dalla scienza computazionale.

Esperimenti/Studi INO correlati:
Intense laser interaction with structured targets and high field plasmonics
Laser-driven ion acceleration
Laser-driven collisionless shock waves

Risultati scientifici:
1) Radiation pressure acceleration of ultrathin foils
2) Radiation reaction effects on radiation pressure acceleration
3) Ion acceleration by radiation pressure in thin and thick targets
4) Radiation friction modeling in superintense laser-plasma interactions
5) Radiation pressure and radiation reaction effects in laser-solid interaction
6) Ion Acceleration in Superintense Laser Interaction with
Ultrathin Targets

7) Dynamics of Radiation Pressure Acceleration
8) Radiation Reaction Effects on Electron Nonlinear Dynamics and Ion Acceleration in Laser-Solid Interaction
9) Laser ion acceleration using a solid target coupled with a low-density layer
10) Weibel-Induced Filamentation during an Ultrafast Laser-Driven Plasma Expansion
11) Solitary versus shock wave acceleration in laser-plasma interactions
12) Ion Acceleration in Multispecies Targets Driven by Intense Laser Radiation Pressure
13) Dynamics of self-generated, large amplitude magnetic fields following high-intensity laser matter interaction
14) Energetic ions at moderate laser intensities using foam-based multi-layered targets
15) Ion acceleration by superintense laser-plasma interaction
16) Micro-sphere layered targets efficiency in laser driven proton acceleration
17) Evidence of Resonant Surface-Wave Excitation in the Relativistic Regime through Measurements of Proton Acceleration from Grating Targets
18) Experimental investigation of hole boring and light sail regimes of RPA by varying laser and target parameters
19) Advanced strategies for ion acceleration using high-power lasers
20) Laser plasma proton acceleration experiments using foam-covered and grating targets
21) Theory of Light Sail Acceleration by Intense Lasers: an Overview
22) High energy gain in three-dimensional simulations of light sail acceleration