INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
EuPRAXIA è il primo progetto Europeo per la realizzazione di un’infrastruttura di ricerca dedicata agli acceleratori di particelle basata su una nuova concezione di accelerazione al plasma e tecnologie laser.
La comunità europea di acceleratori al plasma ha ricevuto un forte impulso per lo sviluppo di una facility per utenti dedicata a questa nuova tecnica di accelerazione, con il finanziamento di iniziative di diversi milioni di euro che figurano sotto il cappello del progetto EuPRAXIA. Queste iniziative sono EuPRAXIA Preparatory Phase, EuPRAXIA Doctoral Network ed EuPRAXIA Advanced Photon Sources, oltre ai finanziamenti per la costruzione di uno dei siti di EuPRAXIA a Frascati, vicino a Roma.
Il progetto EuPRAXIA è volto alla costruzione di un acceleratore di elettroni innovativo usando un laser e l’accelerazione sulla scia del campo di un plasma generato da un fascio di elettroni che porta a una significativa riduzione nelle dimensioni e a una possibile riduzione dei costi rispetto alle attuali tecniche di accelerazione basate sulla radiofrequenza.
Il progetto EuPRAXIA è iniziato con uno studio di progettazione, finanziato dal programma Europeo Horizon 2020 e culminato, alla fine del 2019, con la pubblicazione del primo Report al mondo su una progettazione concettuale di una facility dedicata all’accelerazione al plasma. EuPRAXIA è stato poi incluso nel 2021 nella roadmap dell’European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI), che identifica le grandi infrastrutture di ricerca di importanza paneuropea che corrispondono ai bisogni a lungo termine delle comunità di ricerche europee.
L’Unione Europea e la UK Research and Innovation Guarantee Funds hanno stanziato 3M€ per la fase preparatoria di EuPRAXIA, Preparatory Phase (PP), che comprende 34 istituti partecipanti delle seguenti nazioni: Italia, Repubblica Ceca, Francia, Germania, Grecia, Ungheria, Israele, Portogallo, Spagna, Svizzera, Regno Unito, USA e il CERN come organizzazione internazionale.
Il nuovo finanziamento fornirà al consorzio un’opportunità unica per i prossimi quattro anni per la completa attuazione e realizzazione di EuPRAXIA. Il progetto finanzierà 584 mesi uomo, includendo fondi addizionali dal Regno Unito e dalla Svizzera, e sarà supportato da ulteriori 1,010 mesi uomo in-kind. EuPRAXIA-PP connetterà istituti di ricerca e industrie di tutti i paesi sopra citati e di Cina, Giappone, Polonia e Svezia, che hanno firmato il consortium agreement di EuPRAXIA ESFRI.
Il progetto della fase preparatoria definirà la completa implementazione dell’infrastruttura EuPRAXIA da 569 M€ come una nuova facility di ricerca distribuita di ESFRI per l’Europa.
Parallelamente a EuPRAXIA-PP, è stata finanziata dall’Unione Europea e da UKRI Guarantee Funds anche EuPRAXIA-DN, una nuova azione Marie Skłodowska-Curie Doctoral Network, coordinata dall’INFN, Istitituo Nazionale di Fisica Nucleare. EuPRAXIA-DN offrirà dodici borse di studio di alto livello tra università, centri di ricerca e industrie che realizzare un programma di formazione e ricerca interdisciplinare e intersettoriale sugli acceleratori al plasma. Il Doctoral Network inizierà a gennaio 2023 e beneficerà di più di 3.2 M€ di fondi nel corso della durata di quattro anni.
EuPRAXIA-DN sarà dedicato alle innovazioni scientifiche e tecnologiche e all’incremento delle prospettive occupazionali dei destinatari delle borse di studio. Il progetto comprende diverse competenze europee in questo ambito di ricerca e coinvolge dieci università, sei centri di ricerca nazionali e internazionali e sette partner del mondo dell’industria a inizio progetto.
Infine, il Ministero dell’Università e della Ricerca italiano tramite il Next Generation EU recovery funds (PNRR) finanzia il progetto EuPRAXIA Advanced Photon Sources project (EuAPS) con 22 M€. Il progetto è promosso da INFN (istituto capofila), CNR e l’Università degli Studi di Roma Tor Vergata.
EuAPS realizzerà alcuni degli obiettivi scientifici definiti nell’EuPRAXIA Conceptual Design Report, costruendo e mettendo in opera una facility per utenti distribuita fornendo sorgenti avanzate di fotoni; queste consistono in una sorgente di betatrone basata sul plasma per produrre raggi X molli parzialmente coerenti, un laser a media potenza ed alta frequenza di ripetizione e un laser ad alta potenza.
I fondi sopra menzionati si aggiungono ai circa 120 M€ per la costruzione di uno dei pilastri del progetto che utilizzerà la tecnologia plasma beam-driven di EuPRAXIA a Frascati, vicino a Roma, stanziati dal governo italiano, dalla Regione Lazio e dall’INFN. Attività di ricerca e sviluppo per la facility a tecnologia beam-driven sono in corso presso il laboratorio SPARC_LAB dei LNF. Il sito europeo per il secondo pilastro a tecnologia laser-driven di EuPRAXIA sarà deciso a giugno 2024 come parte del progetto di fase di preparazione.
Il dr Massimo Ferrario, project leader del laboratorio SPARC_LAB, Dirigente di Ricerca INFN commenta: “Il range di energia previsto per l’elettrone da uno a cinque GeV consentirà diverse applicazioni in numerosi ambiti, per esempio, come laser compatti a elettroni liberi, sorgenti compatte per imaging medicale e generazione di positroni, test con fasci di particelle per caratterizzare rivelatori, raggi X molto penetranti e sorgenti di raggi gamma per investigare le proprietà dei materiali. Inoltre EuPRAXIA è progettato per essere il trampolino di lancio necessario per la realizzazione di future infrastrutture basate sull’accelerazione a plasma, tra le quali un linear collider alla frontiera della fisica delle alte energie.”
Il coordinatore del consorzio EuPRAXIA, Dr Ralph Assmann associato senior INFN Direttore scientifico per lo sviluppo di acceleratori presso DESY afferma: “Questo ulteriore successo nel nostro campo di ricercar relative agli acceleratori è stato raggiunto grazie all’eccellenza, l’ingenuità e il duro lavoro di diverse centinaia di fisici, ingegneri, studenti e del personale che ha lavorato in EuPRAXIA dal 2015, creando una rete tra 50 istituti e industrie di 15 paesi in Europa, Asia e Stati Uniti.”
L’EuPRAXIA Conceptual Design Report è stato pubblicato nell’European Physics Journal: https://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000127-8.
L’aggiornamento della roadmap di ESFRI da Dicembre 2021 è disponibile al link https://www.esfri.eu/esfri-roadmap.
I membri dell’EuPRAXIA Preparatory Phase sono: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN); Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR); Elettra – Sincrotrone Trieste; Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie, l’Energia e lo Sviluppo Economico Sostenible; Università degli Studi di Roma “La Sapienza”; Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”; Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives; Centre National de la Recherche Scientifique; Thales Las France SAS; Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY); Ferdinand-Braun-Institut; Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik; Forschungszentrum Jülich; Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf; Ludwig-Maximilians-Universität München; Wigner Research Centre for Physics; University of Szeged; University of Pécs; Instituto Superior Técnico; Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences; CERN; Institute of Accelerating Systems and Applications; Centro de Láseres Pulsados Ultracortos Ultraintensos; Hebrew University of Jerusalem; Fraunhofer Institute for Laser Technology e Sincrotrón ALBA-CELLS.
I partner associate dell’EuPRAXIA Preparatory Phase sono: The Queen’s University of Belfast; Science and Technology Facilities Council; University of Liverpool; University of Strathclyde; University of Oxford; University of California Los Angeles; Imperial College London; Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne e Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology.
L’EuPRAXIA Doctoral Network comprende: CIVIDEC, Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), ELI Beamlines, Instituto Superior Técnico, Instrumentation Technologies, Lunds Universitet, and University of Pécs as Beneficiaries, and Carbon Digital, Ceske Vysoke Uceni Technicke V Praze, D-BEAM, ELI-NP, Fistral Training and Consultancy Ltd., FOTON, Holdsworth Associates, Consorzio di Ricerca HYPATIA, Hebrew University of Jerusalem, RACAH Institute of Physics, STFC Rutherford Lab, Vienna University of Technology, University of Liverpool, Università di Pisa, Università di Roma “La Sapienza” e Wigner Research Centre for Physics come Associated Partners.
Inoltre il consorzio ESFRI include: Synchrotron SOLEIL; Amplitude Technologies; Karlsruher Institut für Technologie (KIT); Helmholtz-Institut Jena; Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion (IFPiLM); Łódz University of Technology; Military University of Technology; Narodowe Centrum Badan Jadrowych (NCBJ); Warsaw University of Technology; University of Warsaw; Lund University; University of Manchester; University of York; Shanghai Jiao Tong University; Institute for Molecular Science, National Institutes of Natural Sciences; Osaka University; Kansai Photon Science Institute (KPSI); RIKEN SPring-8 Center; Lawrence Berkeley National Laboratory.