Il laboratorio di irraggiamento laser ultraintensi Relatore: Federica Baffigi Progetto Art & Science

ILIL Lab and Group PEOPLE Leonida A. GIZZI (CNR)* (head) Giancarlo BUSSOLINO (CNR) Gabriele CRISTOFORETTI (CNR) Luca LABATE (CNR)* Fernando BRANDI (CNR) Andrea MACCHI (CNR)** Paolo Tomassini (CNR), Ric Contr. Petra KOESTER (CNR) Lorenzo FULGENTINI (CNR) Federica Baffigi (CNR), Ric Contr. Daniele Palla (CNR), A.R. Davide Terzani (CNR), A.R. Gianluca Vantaggiato, Master Student Antonio GIULIETTI(CNR), Assoc. Antonella ROSSI (CNR) – Tech. (* Also at INFN **Also at UNIPI) Relatore: Nome relatore Evento: Nome evento http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

ILIL Lab_TW and sub_PW SHIELDED TARGET AREA LWFA, TNSA, RPA, Thomson Scattering, g-rays … CONTROL ROOM RADIOBIOLOGY LASER-DRIVEN PARTICLE AND RADIATION LASER FRONT END 10 TW, 10 Hz POWER AMPLIFIER Up to 250 TW http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Intense lasers in Europe

La teoria quantistica della luce “Zur Quantentheorie der Strahlung” “On the Quantum Theory of Radiation”, Albert Einstein, 1916-17. Relatore: Nome relatore Evento: Nome evento http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Generazione di un impulso laser Elettroni in livello di energia più elevato Decadono in livello metastabile (inversione di popolazione) Elettrone ricade nello stato fondamentale rilasciando un fotone (emissione spontanea) Fotone, intrappolato da specchi, torna indietro Colpisce un altro elettrone ne rilascerà 2 uguali (emissione stimolata) Si producono fotoni tutti uguali (radiazione coerente) http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Coerenza Monocromaticità Collimazione Caratteristiche della luce laser Luce “spontanea” Luce “stimolata”:LASER Light Amplification Stimulated Emission Radiation Coerenza Monocromaticità Collimazione http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Schema di un laser Theodore Maiman, 1960 http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

The ILIL laser Ti:Sapphire (TiSa) active media and CPA architecture Two beamlines with 10 TW and 100 TW power available. Duration between 30 and 40 fs. Energy >450mJ (10TW line) and >3,3 J (100 TW line) http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

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Impulso ultracorto Impulso “Ultracorto (fs)” Otteniamo impulsi di maggior potenza senza aumentare l’energia, ma riducendo il tempo di emissione. Circa un milione di volte più corto Impulso “Lungo (ns)” http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Il principio di indeterminazione Principio di indeterminazione di Heisenberg (1927) La durata di un impulso laser e il suo contenuto spettrale devono rispettare questa relazione. Quindi se la durata dell’impulso laser diminuisce, il suo spettro energetico deve allargarsi. http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Spettri laser a confronto LASER “convenzionale” LASER “ultracorto” I laser ad impulsi corti NON possono essere monocromatici

CPA Technique http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

I principi della CPA http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Annual INO Symposium in Pisa_March 2018 29/07/2019

Dal laser al plasma http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Focalizzazione della luce laser 10.000.000.000.000.000.000 volte più intenso della luce solare!!!!! 10 W/cm2 http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Le applicazioni http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Main topics at ILIL Lab Laser-plasma interaction relevant for inertial fusion ignition Fast electron generation and transport Intense shock wave generation Laser-driven instabilities Bright X-ray radiation sources and spectroscopy Plasma sources Secondary radiation sources (from accelerated electrons) Laser-driven plasma acceleration of particles Electron acceleration in laser-gas interaction Ion acceleration with target Ultraintense laser development and metrology http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Inertial Confinement Fusion Laser system @ NIF-USA Energia 1.9MJ (192 LASER Nd:Glass) Lunghezza impulsi: circa 10ns Potenza: 190TW Laser di pompa: circa 8000 lampade a flash (consumo ~ 400MJ) Con l’ignizione, il processo di fusione si autosostiene con il calore generato dagli stessi eventi di fusione La fusione completa del combustibile avviene per il breve tempo durante il quale la pallina resta compressa (inerzia) http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Inertial Confinement Fusion Requires ultraintense laser at relativistic intensity to drive fast electrons that penetrate in the compressed core and heat the fuel to fusion temperatures. HIPER reactor Sub-nanosecond illumination at non-relativistic intensity lauches a convergingh shock-wave that heats the core of the pellet at fusion temperatures. At ILIL we study the physics of fast electron generation and transport in the plasma and the laser-plasma instabilities activated during shock-ignition conditions. http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Intense laser light and gases: plasma acceleration Laser-gas interaction

Why electron acceleration by plasma? http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Laser wakefield acceleration http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Why plasma to accelerate electrons? http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Acceleratori laser in medicina Diagnostica Radiografia a contrasto di fase Terapia http://research.ino.it/Groups/ilil/it/about_it/

Compact ion radiotherapy device? Appl. Phys. B, 2014

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