CdS Milano – 27 giugno 2013 1 NTA-SL-LILIA NTA-SL-LILIA (Laser Induced Light Ions Acceleration) NTA-SL-LILIA LILIA is an experiment of light ions acceleration.

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1 CdS Milano – 27 giugno 2013 1 NTA-SL-LILIA NTA-SL-LILIA (Laser Induced Light Ions Acceleration) NTA-SL-LILIA LILIA is an experiment of light ions acceleration trough laser interaction with thin metal targets to be done at the SPARC-LAB facility under operation in Frascati. The main goal is to obtain a beam suitable for injection in other accelerating structure. Participant Groups: Milano, Milano Bicocca, Bologna, Pisa, Lecce, LNS, LNF.

2 CdS Milano – 27 giugno 2013 2 NTA-SL_LILIA With the power density available from FLAME we could reach proton energy in excess of 100 MeV. As of now we are limited to 5x1019 W/cm2 and we can foresee a maximum proton energy of 10 MeV

3 CdS Milano – 27 giugno 2013 3 NTA-SL_LILIA Status @ 7 November 2012 Mechanical setup assembled and aligned in the experimental chamber 4 linear stages and 1 rotation stage (for target and detectors) fully integrated in the main control system Start of the tests with the FLAME laser from November 13 2012 PIN diodes detectors assembled in the interaction chamber for tests on electronic noise Beam tests from November 13 to December 22

4 CdS Milano – 27 giugno 2013 4 NTA-SL_LILIA

5 CdS Milano – 27 giugno 2013 5 NTA-SL_LILIA Detectors @ 45 mm from the target

6 CdS Milano – 27 giugno 2013 6 NTA-SL_LILIA Step 0.5 mm laser 1.5 J CR 39

7 CdS Milano – 27 giugno 2013 7 NTA-SL_LILIA

8 CdS Milano – 27 giugno 2013 8 NTA-SL_LILIA In progress Large area detector: CMOS photodiodes array Detector size 25 x 50 mm Pixel size 48 micron 512 by 1024 matrix of silicon photodiodes Dinamic range 85 dB Max. frame rate 4.5 fps

9 CdS Milano – 27 giugno 2013 9 NTA-SL_LILIA In progress Prototype of a solenoid designed for pulsed operations and maximum field of 3 Tesla. The internal diameter is of 50 mm. The excitation pulse will last nearly 10 microseconds and the related current is of the order of 20 kA.

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16 CdS Milano – 27 giugno 2013 16 Nel giugno 2013 è stato definito un accordo per l’estensione delle attività di ELIMED nel 2014 grazie all’ingresso nell’esperimento di gruppi di ricerca afferenti alle sezioni di Milano, Bologna, Pisa e Lecce. In particolare i working package sopra descritti saranno rimodulati nel seguente modo: WP1: Target, PIC simulation e Beam transport WP2: Diagnostic WP3: Clinical transport, dosimetry and radiobiology

17 CdS Milano – 27 giugno 2013 17 WP1: Target, PIC simulation e Beam transport Responsabilità del gruppo di Milano in collaborazione con il gruppo di Bologna WP2: Diagnostic Co-responsabilità del gruppo di Milano con il gruppo di LNS e di Lecce

18 CdS Milano – 27 giugno 2013 18 WP1: Target, PIC simulation e Beam transport Responsabilità del gruppo di Milano in collaborazione con il gruppo di Bologna

19 CdS Milano – 27 giugno 2013 19 Study and Simulation of the Proton Emission Scaling in TNSA regime from AlaDyn simulation, theory and Dresda data Emax = k a 1.6 with a ~ I1/2. With structured targets we can double the energy r(E)= N/E 0 e - E/E 0 Energy distribution r(E)= N/E 0 e - E/E 0 E 0 ≈E max /8 average energy Energy evolution for a bare and structured target

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21 CdS Milano – 27 giugno 2013 21 WP2: Diagnostic Co-responsabilità del gruppo di Milano con il gruppo di LNS e di Lecce Sviluppo di diagnostiche avanzate quali: Faraday Cup per fasci pulsati brevissimi BPM Rivelatori a fibre scintillanti Rivelatori a stato solido

22 CdS Milano – 27 giugno 2013 22 Anagrafica di Milano (provvisoria): Dario Giove100% Carlo De Martinis100% Fazzi Alberto70% Giulini Castiglioni Agosteo Stefano20% Varoli Vincenzo100% Passoni Matteo50% D’Angelo Giovanni50% Pirovano Claudio50% Gini Luigi50% La richiesta finanziaria complessiva potrebbe aggirarsi attorno ai 100 Keuro

23 Coolbeam status and perspective (June 2013) Present status 2D PIC code for the dynamics of multi-species plasmas almost completed, preliminary numerical investigations for trapped electrons in progress. Design of the dust dispenser completed, assembly starting soon (Sep-Oct). Design of the main magnet completed (delivery: Sep-Oct). In perspective Bench tests dust dispenser. Experiments on the RF generation and heating of a trapped electron plasma. Installation of an adjustable gas-inlet and investigation of the degree of neutralization of the RF generated plasma. Design of azimuthally sectored electrodes. Continuation simulations of multi-species plasmas and charged particle beams in static magnetic field and RF electric fields. Assembly of a trap for a dust-contaminated electron plasma. 23

24 24 Beam4fusion status and perspective (June 2013) Present status PIC simulations of space-charge dominated charged particle beams in (r,z) cylindrical geometry. Design of a RF-compensated Langmuir probe (in progress). In perspective Continuation numerical simulations of the extraction of high perveance negative ion beams of interest for ion source optimization. Final design and assembly of a RF-compensated Langmuir probe, to be tested at LNL and successively installed both at LNL and MI.

25 25 Normalizations: lengths over the radius R of the outer circular conductor; density n over a characteristic density n 0, potential  over 4  en 0 R 2, time over  =  c /  p 2 (  p computed for n=n 0 ). Equations discretized on a 2D Cartesian grid. Explicit time advancement (RK4 scheme). Poisson equation solved with an over-relaxation method. 256x256 mesh points (typ.) Number of macroparticles 10 5 (typ.) Time step of the order of 0.01 (norm., typ.). For the electron population only: 2D PIC code

26 26 Trap with dust dispenser design

27 27 Magnet design

28 RicercatoreQualifica% ROME’ Massimiliano [RN]RU Unimi50 MAERO GiancarloAss. Unimi60 PAROLI BrunoAss. Unimi40 POZZOLI RobertoPO Unimi 0* Anagrafica 2014 - Coolbeam * associazione senior 28 Totale: 1.5 FTE

29 RicercatoreQualifica% ROME’ Massimiliano [RL]RU Unimi40 MAERO GiancarloAss. Unimi40 PAROLI BrunoAss. Unimi20 POZZOLI RobertoPO Unimi 0* Anagrafica 2014 – Beam4fusion * associazione senior 29 Totale: 1.0 FTE

30 I AnnoITEMk€ InventariabileMultichannel waveform generator (15), pressure gauge and controller (2) 17.0 ApparatiStruttura elettrodi settorati azimutalmente (2), strutture di assemblaggio e supporto (2) 4.0 ConsumoPolveri micrometriche (2), termocatodi, fotocatodi (2), minuteria da vuoto ed elettrica (2), feedthrough e viewport (2) 8.0 Licenze SWRinnovo licenze Mathematica e NAG library2.0 Missioni EsteroCollaborazione con GSI (Darmstadt) per esperimenti di trasmissione, cattura, diagnostica di fasci di particelle cariche (1.5); partecipazione congresso internazionale (1.5) 3.0 Missioni InternoMissioni a LNL (1.0); congresso nazionale (0.5).1.5 ManutenzioneManutenzione sistema di raffreddamento e sistema elettrico magnete ELTRAP 2.0 TOT38.5 Preventivo 2014 Coolbeam 30

31 I AnnoITEMk€ Inventariabile0 ApparatiAttuatore da vuoto per sonda di Langmuir estraibile2.0 ConsumoMinuteria informatica (0.5); minuteria elettronica e semilavorati per assemblaggio e test sonde di plasma presso LNL e MI (2.0) 2.5 Licenze SWRinnovo licenza software Comsol: quota per partecipazione a contratto nazionale 3.0 Missioni Estero0 Missioni InternoMissioni a LNL per test sonde di plasma e collaborazione a test di assemblaggio NIO1 presso RFX (1.0) 1.0 Manutenzione0 TOT8.5 Preventivo 2014 Beam4fusion 31