EuPRAXIA svilupperà il primo acceleratore al plasma al mondo, con una qualità del fascio di particelle accelerate adatto anche per usi industriali e biomedicali
La roadmap europea delle infrastrutture scientifiche si arricchisce di nuovi progetti. Lo European Strategy Forum for Research Infrastructures (ESFRI) ha incluso il progetto EuPRAXIA tra le nuove infrastrutture per la ricerca di frontiera. EuPRAXIA svilupperà il primo acceleratore al plasma al mondo, con una qualità del fascio di particelle accelerate adatto anche per usi industriali e biomedicali. L’Italia è capofila del progetto con l’ Istituto nazionale di fisica nucleare, che ospiterà uno dei due impianti di EuPRAXIA presso i Laboratori nazionali di Frascati, il Consiglio nazionale delle ricerche candidato ad ospitare l’altro sito del progetto, le Università di Roma Sapienza e Tor Vergata, l’Enea ed Elettra Sincrotrone Trieste.
EuPRAXIA riunisce 16 tra laboratori ed Università provenienti da 5 Stati Membri della Comunità Europea e 22 partner internazionali presso sorgenti di luce di sincrotrone e FEL, laser a elettroni liberi, laboratori di ricerca di fisica delle alte energie, medicina ed industria.
Gli acceleratori di particelle sono oggi ampiamente diffusi nell’industria, negli ospedali e in molti settori della ricerca di base. Nel mondo ne sono attualmente installati 30.000, tutti basati su tecnologie consolidate. L’energia delle particelle è spesso limitata dalle dimensioni degli acceleratori, come ad esempio negli ospedali o nei laboratori universitari. Costi e dimensione degli impianti, in ultima analisi, ne limitano la diffusione o impediscono il raggiungimento di energie sempre maggiori. EuPRAXIA realizzerà un nuovo tipo di acceleratore basato sul campo di scia in un plasma (plasma wakefields) che promette gradienti di accelerazione fino a 1000 volte superiori a quelli degli acceleratori tradizionali. Ciò permetterebbe di realizzare macchine molto più compatte sia per la ricerca sia per le applicazioni, ad esempio, nella diagnostica per immagini per la diagnosi precoce o lo studio delle strutture di batteri e virus. Lo sviluppo della tecnologia al plasma consentirà anche di adottare su larga scala nuovi approcci di radioterapia di precisione oggi in valutazione preclinica.
Il progetto nasce dall’esperienza di esperimenti dimostrativi su piccola scala e mira alla realizzazione di un vero e proprio acceleratore compatto.
Uno degli schemi più entusiasmanti del progetto, detto “laser driven”, si basa sull’impiego di un laser di altissima potenza ad impulsi ultracorti, del tipo realizzabile con lo schema a “chirped pulse amplification” inventato da Gerard Mourou e Donna Strickland insigniti del premio Nobel per la fisica nel 2018. Il Cnr, con l’Istituto nazionale di ottica, ha coordinato la progettazione del sistema laser di EuPRAXIA sin dall’inizio della fase di progettazione (design study) completata nel 2019 con la pubblicazione del Conceptual Design Report (EuPRAXIA Conceptual Design Report, W. Assmann et al., Eur. Phys. J. Special Topics 229, 3675 – 4284 (2020) https://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000127-8). Il progetto del laser, sviluppato dal Cnr in collaborazione con il Cnrs (Francia), prevede la realizzazione di un sistema multi-stadio in grado di pilotare l’acceleratore ad una frequenza di ripetizione mai raggiunta di 100 Hz, successivamente potenziabile fino a 1 kHz, ed una potenza di picco di circa un petawatt (1 PW=1E15 W).
La candidatura del Cnr ad ospitare la realizzazione dell’infrastruttura “laser driven” è una sfida entusiasmante in un ambito, quello dei laser di potenza, che vede l’Ente svolgere un ruolo guida, iniziato con i progetti pionieristici degli anni sessanta, fino all’esperienza recente maturata nell’ambito del progetto ESFRI denominato Extreme Light Infrastructure (ELI) concepito per lo studio delle applicazioni dei laser di altissima intensità e che ha dato vita all’infrastruttura laser intensi all’Ino-Cnr presso l’Area della Ricerca di Pisa. Il progetto rappresenta anche un’opportunità unica per lo sviluppo di territori con una spiccata vocazione alla formazione, allo sviluppo scientifico e al trasferimento tecnologico come già sperimentato con successo in altre regioni europee
Con l’inserimento nella roadmap europea, il progetto EuPRAXIA, il cui costo stimato è di 569 M€, riunirà i principali centri di ricerca europei ed internazionali e l’industria europea nei vari settori di interesse, dall’ottica ai laser, dalla meccanica all’elettronica, dalla tecnologia del vuoto all’intelligenza artificiale, per la realizzazione della prossima fase preparatoria e per la progettazione tecnica, propedeutici alla successiva realizzazione dell’infrastruttura.