INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
È stato effettuato con successo nel laboratorio Plasma_LAB il collaudo del primo prototipo di modulo accelerante a plasma del progetto EuPRAXIA@SPARC_LAB.
A differenza dei precedenti test, effettuati con capillari a scarica di pochi cm di lunghezza, in questo caso è stata dimostrata la possibilità di realizzare un capillare di lunghezza nominale, ovvero 40 cm come previsto nel Conceptual Design Report del progetto, in grado di sostenere una scarica uniforme lungo tutto il capillare.
Il progetto EuPRAXIA@Sparc_lab, di prossima realizzazione ai LNF e recentemente inserita tra le infrastrutture europee di importanza strategica per la ricerca (ESFRI), prevede, per un fascio di elettroni iniettato nel plasma a 500 MeV, il raggiungimento di un’energia finale di 1.1 GeV mediante l’impiego di una sezione al plasma capace di garantire un gradiente accelerante di 1.5 GV/m.
Nel collaudo, si è creato e confinato in maniera stabile e riproducibile un plasma con densità elettronica dell’ordine di 1016 cm-3 all’interno di un capillare avente lunghezza 400 mm e larghezza 2 mm. La sorgente di plasma è stata interamente progettata e realizzata all’interno dei LNF.
La tecnica con la quale si ottiene il plasma a partire da idrogeno gassoso si fonda sull’utilizzo di intensi impulsi ad alta tensione (compresi tra 10 e 25 kV, con correnti di picco fino a 2 kA e della durata di 600 ns) capaci di ionizzare la colonna di gas opportunamente creata tra due elettrodi.
Il sincronismo tra l’iniezione del gas nel canale longitudinale di plasma, ottenuto attraverso 6 iniettori verticali, e l’istante di applicazione del dell’impulso di alta tensione risultano cruciali per il raggiungimento di un plasma stabile, uniforme e quindi adatto a produrre fasci di elettroni accelerati di alta qualità.
Inoltre, viste le notevoli dimensioni e l’impossibilità di realizzarlo in un unico pezzo nelle comuni stampanti 3D, sono state stampate due sezioni che successivamente sono state unite mediante una tecnica di pressofusione, la quale permette perdite inferiori a 10-10 mbar.
Una caratterizzazione sistematica della qualità della scarica prodotta è appena cominciata, ma la sua prima accensione rappresenta una milestone molto importante per il progetto EuPRAXIA e comunque una novità nel panorama mondiale.