09.06.26 – Per la prima volta un gruppo di scienziati è riuscito a convertire energia in raggi gamma ed elettroni con un’efficienza fino a dieci volte superiore rispetto a quanto precedentemente ottenuto a livello mondiale. L’esperimento è stato fatto nell’impianto laser più grande e con la maggiore energia al mondo, il National Ignition Facility (NIF) in California, da un team composto da ricercatori ENEA, Università di Francoforte (Germania), Centro Ricerche GSI di Darmstadt (Germania) e Lawrence Livermore National Laboratory (USA).
Il risultato è stato raggiunto mediante il laser Advanced Radiographic Capability (ARC) della NIF e grazie all’impiego di materiali avanzati micro-strutturati, detti foam, a bassa densità (dell’ordine di pochi milligrammi per centimetro cubo). Il test è stato preceduto da un intenso lavoro con diversi partner europei e da campagne sperimentali svolte presso gli impianti laser Phelix del GSI in Germania e ABC dell’ENEA a Frascati (Roma).
«Si tratta di un progresso molto importante nello sviluppo di nuove sorgenti di particelle e radiazioni generate per mezzo di laser, tecnologie che hanno applicazione diagnostica estremamente rilevante nella fusione nucleare a confinamento inerziale e in altri campi avanzati della ricerca scientifica», spiega Fabrizio Consoli del Dipartimento Nucleare dell’ENEA nel Centro Ricerche di Frascati e principal investigator dell’esperimento alla NIF, insieme a Olga Rosmej dell’Università di Francoforte-Centro di ricerca GSI di Darmstadt. Aggiunge: «Ogni esperimento alla NIF è altamente sofisticato e richiede mesi o anni di preparazione. La precisione e l’affidabilità di questa infrastruttura laser e delle sue diagnostiche sperimentali sono impareggiabili per ottenere nuovi stati di materia ad alta densità di energia. Per questo è particolarmente significativo che una collaborazione guidata da un team italo-tedesco sia riuscita, per la prima volta, a condurre con successo un esperimento presso questa struttura superando un processo di selezione internazionale estremamente rigoroso nell’ambito del programma NIF Discovery Science».
Nello specifico, l’esperimento ha dimostrato un’efficienza di conversione energetica in raggi gamma ed elettroni. «È un esempio emblematico ed estremamente significativo di come l’accesso a impianti di così grande scala come la NIF si possa ottenere grazie al lavoro svolto in impianti laser di scala molto più piccola, che consentono di ottenere una fondamentale base sperimentale documentata, robusta e solida», sottolinea Consoli.
L’impianto laser ABC del Centro Ricerche Frascati dell’ENEA è l’unico in Italia che consente studi di fusione inerziale con intensità laser e regimi temporali coerenti con quelli della NIF – anche se con solo due fasci e con energia e scala molto più piccola – e che produce impulsi laser con la maggiore energia in Italia (per un totale di 200 J). La task force INER dell’ENEA, che lo gestisce, porta avanti da più di due decadi le attività su questi materiali innovativi, con attività di ricerca di tipo sperimentale, teorico e di sviluppo diagnostiche e un ruolo di primo piano riconosciuto a livello internazionale.
Al riguardo, Mattia Cipriani, ricercatore della task force INER del Dipartimento Nucleare dell’ENEA e coordinatore del Laserlab-Europe AISBL Expert group Micro- and nano-structured materials for experiments with high-power lasers relativo ai materiali “foam”, così conclude: «ABC fa parte della grande associazione europea Laserlab-Europe AISBL che comprende 45 istituti internazionali con i maggiori impianti laser europei, ed è una risorsa di rilievo per la comunità scientifica e tecnologica italiana e internazionale, sia pubblica che privata».
Studi, attività, progetti e progressi nel campo della fusione nucleare a confinamento inerziale saranno presentati alla 21a edizione del Direct Drive and Fast Ignition Workshop (DDFIW), in programma fino all’11 giugno al Centro di Ricerche ENEA di Frascati (Roma), dove il 12 giugno si terrà il satellite meeting dell’evento, come giornata d’incontro del Laserlab-Europe AISBL Expert group Micro- and nano-structured materials for experiments with high-power lasers.
La NIF è l’impianto laser più grande e con la maggiore energia al mondo, costituito da 192 fasci laser di alta energia e potenza ed è il luogo in cui, nel 2022, per la prima volta nella storia sono stati ottenuti risultati fondamentali per la fusione nucleare a confinamento inerziale: si è riusciti a ottenere una quantità di energia da fusione nucleare, prodotta per effetto dello schema a confinamento inerziale, superiore a quella iniettata dai laser che hanno alimentato l’esperimento. I risultati della NIF sono andati costantemente in crescendo negli anni, arrivando a produrre un quantitativo di energia da fusione maggiore di oltre 4 volte quello iniettato dai laser nell’esperimento (8.6 MJ di fusione contro 2.08 MJ energia laser). (Red.)
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