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INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, 12-14.

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2 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. SVILUPPO DI SORGENTI X E ACCELERAZIONE DI ELETTRONI CON PLASMI-LASER: i progetti in corso presso l I ntense L aser I rradiation L aboratory Leonida A. Gizzi CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE Istituto per i Processi Chimico-Fisici Pisa IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA gennaio 2003, Arcetri

3 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 2 The ILIL staff Antonio Giulietti (CNR) Danilo Giulietti (CNR&UniPi) Leonida A. Gizzi (CNR) Paolo Tomassini (PostDoc, CNR) Marco Galimberti (PostDoc, CNR) Stephane Laville (PostDoc, EU) Luca Labate (PhD, CNR&UniBo) Petra Koester (PhD, CNR&UniPi Carlo A. Cecchetti (Graduate) Gabriele Palladino (Graduate) Walter Baldeschi (CNR) Antonella Rossi (CNR) Il gruppo ILIL Area della Ricerca, CNR, Pisa, Italy

4 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 3 ILIL Layout 1 GW, 2-beam, nanosecond Nd:YLF MAX: X-ray emission studies 10 GW Picosecond Nd:YAG PAV-one: basic laser-plasma Interaction studies PLX: the laser-plasma X-ray source 10 Hz, 100MW Nd:YAG FIXer area 0.12 TW, 90 fs Ti:SA laser

5 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 4 Sommario 1.Sorgenti X da plasmi laser e loro applicazioni nellambito della rete Europea XPOSE 2.Sorgenti X ad impulsi ultracorti: il progetto MIUR FIXer 3.Laser intensi e fasci di elettroni: sorgenti tunabili di raggi X duri e accelerazione di elettroni (PLASMON-X)

6 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 5 RAGGI X DA LASER INTENSI Laser pulse duration (log) Laser intensity on target (log) fspsns High-order harmonics from Laser-gas-jet interactions K-alpha generation from laser-solid interactions Inner-shell line emission and continuum emission from Highly-ionised micro-plasmas High-order harmonics from Laser-solid interactions Thomson scattering

7 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 6 IMPULSI DI RAGGI X DA LASER INTENSI: DURATA VS. ENERGIA X-ray photon energy (log) X-ray Pulse duration (log) eVkeVMeV fs ps ns K-alpha generation from laser-solid interactions Inner-shell line emission and continuum emission from Highly-ionised micro-plasmas Thomson scattering from ultrarelativistic electrons

8 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. La sorgente di raggi X molli allILIL e sue applicazioni allimaging monocromatico

9 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 8 Profili tipici di plasmi da interazione laser-solido Lemissione di radiazione X avviene in una sottile regione di plasma in prossimità della densità critica Questo semplice geometria di interazione, in opportune condizioni, consente di studiare le proprietà atomiche del plasma in regime non-stazionario Vedi talk Luca Labate, Effetti di non- stazionarietà … oggi, ore 18.30

10 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 9 La sorgente primaria Nd:YAG Laser Nd:YAG Laser 6 ns pulse duration 6 ns pulse duration 10 Hz rep rate10 Hz rep rate 1064, 532 nm1064, 532 nm up to 500 mJ/pulse up to 500 mJ/pulse up to W/cm 2 on target up to W/cm 2 on target PC contr. Sync with target PC contr. Sync with target

11 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 10 LA SORGENTE X AL MICROSCOPIO 15 µm laser spot on Cu target at 6E12 W/cm 2 25 µm FWHM source size View: 45° from laser axis View:75° from laser axis Optimum pin-hole diamaterSpace resolution q = pin-hole-image distance

12 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 11 Un esempio di spettro Emissione dalla shell K di ioni idrogenoidi ed elioidi di Al La diffrazione alla Bragg viene impiegata sia per la spettroscopia che per la raccolta/monocromatizzazione della radiazione

13 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 12 RIGHE DI EMISSIONE ACCESSIBILI Hydrogen-likeHelium-like Element2p1/22p3/22p 3P12p 1P1 (eV) 13 Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Up to Z=22-23, He-a K-shell emission lines can be obtained using small 10 Hz Nd lasers. At higher Z, emission originate from L and M shells

14 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 13Chlorine Calcium TUNABILITÀ della sorgente PLX Silicon Copper Titanium Alluminium Copper Moliben. Copper

15 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 14 Imaging monocromatico con cristalli curvi

16 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 15 *)Pikuz et al., Laser and Particle Beams,19:285, 2001 Sanchez del Rio et al., Review of Scientific Instr., 72:3291, 2001 XCIM - X-ray Crystal Imaging Microscope *) Source on Rowland circle: Image plane at a distance q from the crystal given by the condition of equal vertican and horizontal magnification : Focusing condition:

17 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 16 He Image resolution: IMMAGINE TEST Image of a Frenel Zone plate with a monochromatic beam at 1.6 keV (Al He- line) FHFH FVFV S O Object « imaging » plane Rowland circle I2I2 I1I1 100 µm Target: Al, Intensity on target: 2E13W/cm 2

18 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 17 Difference in optical depth: Detection Limit: = g/cm 2 = ( )cm 2 /g I/I = ASSORBIMENTO DIFFERENZIALE 1 2 BrC An example: bromium and carbon Vedi poster Stephane Laville et al., Differential absorption imaging …

19 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. Sviluppo di una sorgente X ad impulsi ultracorti allILIL

20 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 19 CONFRONTO TRA SORGENTI X Peak spectral brilliance in photons/(100 fs mrad 2 mm 2 )/(0.1% bandwidth) as a function of photon energy. Solid lines: synchrotron radiation insertion device (ESRFW70); triangles: x-ray-free electron laser; diamonds: synchrotron radiation from sliced electron bunches; squares: laser plasma K - line radiation; crossed square: laser plasma thermal radiation; circle: Thomson scattering.

21 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 20 RIVELAZIONE IN MODALITÀ SINGLE- PULSE Sorgente di radiazione X impulsata ns; Monocromaticità e profilo temporale smooth; Energia photoni > 1keV; Rivelatore 1D con risoluzione temporale (lambda vs. time); RIVELAZIONE IN MODALITÀ PUMP and PROBE Sorgente di radiazione X impulsata fs - alta frequenza; Monocromaticità; Energia > 1keV; Rivelatore + Linea di ritardo ottico; MOTIVAZIONE: MOTIVAZIONE: APPLICAZIONI MULTI-DISCIPLINARI INNOVATIVE Collimazione, monocromatizzazione e/o focalizzazione della radiazione X. Microscopia X con ottiche X (cristalli curvi/lenti a policapillari/z-plates). Esperimenti tipo pump (ottico/X) and probe (ottico/X)

22 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 21 EMISSIONE DI K- DA INTERAZIONE LASER-SOLIDO Ch. Reich et al., Phys. Rev. Lett., 84, 4846 (2000) T. Feurer et al., Appl. Phys. B., 72, 15 (2001) Linterazione di impulsi laser CPA (Compressed Pulse Amplification) con un solido genera elettroni veloci (fast electrons) che penetrano nel bersaglio e generano radiazione X incoerente del tipo K.

23 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 22 Questione aperta: efficienza di conversione Lefficienza di conversione stimata teoricamente risulta essere molto maggiore di quella misurata sperimentalmente D. Salzmann et al., Phys. Rev. E, 65, (2003) Il confronto dei risultati sperimentali con le previsioni di un modello numerico => PIC+trasporto elettroni veloci+generazione K-alpha

24 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 23 MINISTERO DELLISTRUZIONE, DELL UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA IMPIANTI INNOVATIVI MULTISCOPO PER LA PRODUZIONE DI RADIAZIONE X E ULTRAVIOLETTA, COERENTE ED INCOERENTE AD ALTA INTENSITÀ PER APPLICAZIONI AVANZATE NEL CAMPO DELLE STRUTTURE BIOLOGICHE, MOLECOLARI E DEI MATERIAL APPARATI COMPATTI ( table-top ) PER PRODUZIONE DI RADIAZIONE X AD IMPULSI CORTI ED ULTRACORTI PER APPLICAZIONI INTER E MULTIDISCIPLINARI Fondo Integrativo Speciale per lo Sviluppo della Ricerca di Interesse Strategico IL PROGETTO FIXer

25 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 24 OBIETTIVI DEL PROGETTO Ob. 1 SVILUPPO E REALIZZAZIONE DI SORGENTI X DA LASER-PLASMI - 1a.Progettazione del sistema laser ai femtosecondi. (PI) 1b.Amplificazione e ricompressione dell'impulso con il metodo CPA. (PI) 1c.Generazione di radiazione X con impulsi laser CPA. (PI-MI) 1d.Messa in opera della sorgente X ai fs e definizione condizioni operative. (PI) 1e.Messa a punto della sorgente X ai picosecondi. (MI) Ob. 2 - REALIZZAZIONE DI APPLICAZIONI MULTI-DISCIPLINARI INNOVATIVE. 2a. Collimazione e focalizzazione della radiazione X. (PI-Mi-RO) 2b. Micro-imaging single-shot con plasmi laser. (MI-PI-RO) 2c. Microscopia X con plasmi-laser. (MI-PI-RO)

26 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 25 Schema di principio del sistema laser Attualmente in fase di realizzazione

27 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 26 MEDICAL DIAGNOSIS Non-invasive coronary angioghraphy Coronaric Angiography nowadays is a high risk (0.23% mortality, 2.2% patient damage) invasive diagnostics. Intravenous Coronary Arteriography, using monochromatic X-rays and intravenous contrast agent can dramatically reduce risk. The technique was clinically tested using Synchrotron Radiation and monochromators at KEK-AR and Tsukuba University, obtaining clear dynamic images (33 shots/s) of the coronary artery, with photons/s at 37 keV X-rays ( keV: Iodine K-edge) High-contrast mammography with monochromatic X-rays By using monochromatic radiation instead of standard wide- spectrum X-ray tubes, the constrast (sensitivity to tissue density variations) goes from 8% to 0.1%, while the spatial resolution goes from 0,15 -0,3 mm to mm. This means the capability to detect a tumor that is 30 times smaller in volume, i.e. a 2 year earlier detection of the tumor. Motivazioni per una sorgente di raggi X duri, monocromatica e tunabile

28 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 27 Lo Scattering Thomson (ST) We can distinguish between two regimes: Linear regineLinear regine: The normalized amplitude a 0 of the electric field is much less than unity. The oscillation of the electrons is harmonic (each electron absorbes only one photon) and the emitted radiation is almost monochromatic. Nonlinear regimeNonlinear regime: The electric field approaches or exceeds unity. The motion of the electrons is anharmonic, the quiver velocity approaches the light speed and a very large number of harmonics can be generated.

29 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 28 Produzione di impulsi ultracorti e (quasi) monocromatici di raggi X The energy of the scattered photons can be increased in two ways: –By increasing the energy of the electrons –By switching in the non linear regime and selecting the highest order An ultrashort (few tens of fs) and monochromatic X-ray factory works in a linear or weakly nonlinear regime (a 0 <1) by using head-on collision between the laser pulse and a monochromatic and collimated ultrarelativistic electron bunch.

30 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. Verso una sorgente X monocromatica e tunabile: lo scattering Thomson e il progetto PLASMON-X

31 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 30 La proposta congiunta INFN-CNR PLASMON-X* D. Giulietti, Univ. di Pisa e INFN-Pisa ILIL CNR/IPCF - Pisa A. Barbini, C.A. Cecchetti, W. Baldeschi, M. Galimberti, A. Giulietti, L. A.Gizzi, P. Koester, L. Labate, S. Laville, A. Rossi, P. Tomassini SPARC- Project INFN-LNF D. Alesini, S. Bertolucci, M.E. Biagini, C. Biscari, R. Boni, M. Boscolo, M. Castellano, A. Clozza, G. Di Pirro, A. Drago, A. Esposito, M. Ferrario, V. Fusco, A. Gallo, A. Ghigo, S. Guiducci, M. Incurvati, C. Ligi, F. Marcellini, M. Migliorati, C. Milardi, A. Mostacci, L. Palumbo, L. Pellegrino, M. Preger, P. Raimondi, R. Ricci, C. Sanelli, M. Serio, F. Sgamma, B.Spataro, A. Stecchi, A. Stella, F. Tazzioli, C. Vaccarezza, M. Vescovi, C. Vicario, M. Zobov SPARC Project INFN-Milano e Univ. degli Studi di Milano F. Alessandria, A. Bacci, I. Boscolo, F. Broggi, S.Cialdi, C. DeMartinis, D. Giove, C. Maroli, V. Petrillo, M. Romè, L. Serafini R. Bonifacio, N. Piovella, R. Pozzoli, Univ. degli Studi di Milano e INFN-Milano *Approvato (e finanziato) dallINFN per la realizzazione dello studio di fattibilià

32 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 31 PLasma Sparc and MONo-chromatic X-rays : gli obiettivi Combinare il fascio di elettroni ad altissima brillanza di SPARC con un fascio di impulsi laser ad altissima intensità A) iniziare un programma di R&D in direzione di un e + /e - TeV collider basato su accelerazione a plasma, con gradienti di accelerazione > 5 GV/m (lunghezza < 100 m) B) perseguire applicazioni di grande impatto sociale (mam- mografia digitale, angiografia coronarica non-invasiva) con raggi X monocromatici e tunabili

33 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 32 Ultra-brilliant photoinjector at 150 MeV, I=100 A, (INFN) Control the beam emittance <1 mm mrad Control the energy spread < 0.1% Undulator for SASE FEL at 520 > 150 nm (green - UV), (ENEA) Make experience with the SASE FEL generation. Investigate the mechanism of High Order Harmonics generation Optics for X-rays manipulation (CNR) Generation of coherent low intensity ultra-short X-ray pulses (INFM) INFN-LNF Il progetto SPARC (Fase 1)

34 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 33 Le caratteristiche della Facility SPARC + Plasmon-X Un fascio di e - ad altissima brillanza (corrente di picco > 1 kA, emittanza < 1 m, durata del bunch da 3 ps fino a 25 fs Un fascio di fotoni (laser a Ti:Sa) ad altissima potenza e intensità ( P > 10 TW, energia per impulso > 1 J, lunghezza dellimpulso laser < 100 fs, intensità relativistica W/cm 2 ) Un sistema di diagnostica e controllo avanzato (sincronizzazione dei due fasci < 100 fs, overlap spaziale nel punto di interazione < 5 m)

35 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 34 Obiettivi di PLASMON-X Accelerazione a plasma di e - bunch (25 pC) da 100 MeV a 130 MeV con spread energetico < 5%, emitt. < 1 m, con laser non guidato (5 mm acc. length). Accelerazione con laser guidato (5 cm) fino a 400 MeV. R&D su multi-staging e beam quality Produzioni di impulsi X monocromatici da 10 9 fotoni/s, durata 3 ps, tunabili nel range 20 keV - 1 MeV. Raggiungimento di fotoni/s con spot focali allinterazione di 5 m. Studi di tecniche di mammografia (e angiografia coronarica) con X monocromatici. Studi di single molecule protein cristallography.

36 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 35 Bunch energy: from 40MeV to 250 MeV Bunch charge: 1nC (~ elettroni). Longitudinal bunch size l = 0.3 mm rms (duration 1ps) Transverse bunch size (spot size) T = 5 m rms Normalized transverse emittance 2 mm mrad TS Configuration:Backscattering assuming complete overlapping e-ph Laser parameters: Ti:Sa: =0.832 m, E Laser = 1J, T = 1ps e Spot size: w = 10 m, otteniamo i valori riportati in tabella N° photons within M =1/ N° photons Within M =0.3/ spread 10% FWHM) X-ray pulse duration Max photon energy E beam = 40 MeV Max photon energy E beam = 200 MeV ps38 keV950 keV Produzione di impulsi di raggi X tramite Thomson SPARC

37 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri fs,4J,800nm,10Hz amplifier Vacuum compressor PLASMON-X Sviluppo del laser multi-TW

38 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. Accelerazione di elettroni

39 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 38 ( QUASI RESONANT CONDITION c = p /2 ) MECCANISMO DI BASE: QUASI-RESONANT LASER WAKE-FIELD Simulazione 3D a finestra mobile di un impulso laser TiSa (30 fs, 3.4E19 W/cm 2 che attraversa un plasma disomogeneo di densità massima 4.3E19 cm -3 Alto: densità elettronica Basso:laser intensity

40 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 39 Acceleratore a Plasma: la proposta PLASMON-X

41 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 40 Quasi-resonant LW has been shown in CPA laser ( 35 fs, W/cm 2 ) interaction with ASE-driven exploding foil plasma PRODUZIONE DI ELETTRONI ENERGETICI High energy electron spectrum D. Giulietti et al., Letter on Phys. Plasmas 95, 3655 (2002) P. Tomassini et al., Appl. Optics. 40, (2001). P. Tomassini and A. Giulietti Optics Comm, (2001)

42 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 41 e-beam Electronic density simulated with POLLUX code Controlled injection of electrons in Langmuir waves: a compact way of producing monoenergetic electron bunches (from an original idea of S. Bulanov et al PRL 1998) Double foil terget Main pulse Heating pulse PROSPETTIVE: INIEZIONE CONTROLLATA Vedi poster Paolo Tomassini et al., Production of high quality … P. Tomassini, M. Galimberti, A.Giulietti, D. Giulietti, L.A.Gizzi, L.Labate, F. Pegoraro, Production oh high quality …PRST, 6, (2003).

43 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 42 CONCLUSIONI La sorgente di raggi X molli basata su laser-plasmi attualmente operativa allILIL consente di sviluppare metodi di microscopia X per assorbimento differenziale in campioni di piccole dimensioni; Lo sviluppo della sorgente X ad emissione di K-alpha da interazione laser-plasma ad impulsi ultracorti, nellambito del progetto MIUR denominato FIXer, consentirà di produrre impulsi X monocromatici di durata di circa 100 fs; Lo sviluppo di una sorgente X monocromatica per applicazioni nella diagnostica medica non invasiva, previsto nellambito del progetto PLASMON-X, si basa sulla realizzazione dello schema di scattering Thomson da fasci di elettroni ultrarelativistici; La realizzazione di una facility basata su un fascio laser ad alta intensità e su un fascio di elettroni ad altissima brillanza, come previsto nel progetto PLASMON-X, consentirà inoltre lo sviluppo di uno schema di acceleratore ad alto gradiente basato su iniezione esterna in plasmi-laser.

44 INTENSE LASER IRRADIATION LABORATORY Istituto per i Processi Chimico-Fisici - CNR Leonida Antonio GIZZI, IV CONGRESSO ITALIANO DI FISICA DEL PLASMA, gennaio 2003, Arcetri. 43 REMINDER Altre presentazioni collegate Vedi poster Antonio Giulietti et al., Azione della pressione di radiazione … Vedi poster Marco Galimberti et al., Produzione e caratterizzazione di fasci di protoni …


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