Alla National Ignition Facility (NIF), il più potente impianto laser al mondo situato in California, un team di ricerca italo-tedesco ha ottenuto un risultato senza precedenti nella conversione dell’energia laser in radiazione ad alta energia. Lo studio, che coinvolge ricercatori dell’ENEA, dell’Goethe University Frankfurt e del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, ha dimostrato per la prima volta la possibilità di convertire energia in raggi gamma ed elettroni con un’efficienza fino a 10 volte superiore rispetto ai valori precedentemente raggiunti a livello globale.
L’esperimento è stato realizzato utilizzando il sistema laser Advanced Radiographic Capability (ARC) della NIF, e si è basato sull’impiego di materiali innovativi a microstruttura porosa, noti come “foam”, caratterizzati da densità estremamente ridotte, nell’ordine di pochi milligrammi per centimetro cubo. Questi materiali hanno permesso di ottimizzare l’interazione tra il fascio laser e la materia, aumentando in modo significativo la produzione di particelle e radiazione ad alta energia.
Il risultato è il frutto di un lavoro preparatorio esteso, condotto attraverso una rete di collaborazioni europee e una serie di campagne sperimentali svolte anche presso il laser PHELIX del GSI in Germania e presso il sistema ABC dell’ENEA a Frascati, nei pressi di Roma. L’esperimento rafforza il ruolo delle grandi infrastrutture laser internazionali come laboratori chiave per lo studio della fisica estrema e per lo sviluppo di nuove tecnologie legate alle radiazioni ad alta energia.
“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”, sottolinea 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. “Ogni test alla NIF ha un costo di circa un milione di dollari e l’accesso a tale impianto è normalmente dedicato a gruppi statunitensi. Per questo è molto rilevante che, dopo quasi vent’anni di attività del grande impianto, un gruppo coordinato da una collaborazione italo-tedesca sia riuscito per la prima volta a condurvi un esperimento, superando una selezione internazionale estremamente rigorosa”.
Nello specifico, 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”, aggiunge 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 in 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 2 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.
“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”, spiega 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.
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 dall’8 all’11 giugno 2026 presso il 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 il più grande impianto laser del mondo, costituito da 196 fasci laser di alta energia e potenza ed è il luogo in cui, a partire da agosto 2021, sono stati ottenuti risultati fondamentali per la fusione nucleare a confinamento inerziale: per la prima volta nella storia, sono 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).
La notizia è stata pubblicata sul sito di Laser Lab Europe, associazione internazionale del settore che riunisce 48 infrastrutture di ricerca laser di 22 Paesi europei.