Accelerazione di protoni indotta da interazione laser con targhette sottili. Studio di fattibilita' di un iniettore per applicazioni in adroterapia e in radiobiologia.
Progetto Sin dall’inizio degli anni ‘60 sono disponibili in letteratura dati relativi all’emissione di ioni generati da laser. In considerazione delle intensita’ dei laser disponibili all’epoca, l’energia risultante per i protoni prodotti era dell’ordine di frazioni di MeV. L’attivita’ teorica e modellistica del fenomeno ha avuto un forte impulso negli anni recenti ed e’ tuttora di grande attualita’ per migliorare la comprensione dei fenomeni coinvolti per arrivare a produrre fasci di protoni e/o di ioni leggeri con energie (centinaia di MeV) e qualita’ significative per utilizzo pratico. L’accelerazione indotta da laser e’ caratterizzata da alcune interessanti proprieta’ che la rendono del tutto particolare se paragonata alle tecniche convenzionali di accelerazione. In particolare:
a) possibilita’ di accelerare ioni con energie di parecchie decine di MeV con strutture di dimensioni ridottissime (alcune decine di micron);
b) eccellenti qualita’ del fascio con emittanza trasversale inferiore a 10-8 m.rad ed emittanza longitudinale inferiore a 10-4 eV.s;
c) fasci di durata molto breve (dell’ordine di alcuni ps);
d) possibilita’ di sincronizzare il fascio di protoni prodotti con il laser sorgente sino a livelli dell’ordine di alcuni fs, cosi da poter disporre di varie sorgenti sincrone fra di loro con differenti fasci di particelle (elettroni, protoni) e di radiazione (X monocromatici).
Le proprietà sopra menzionate consentono di ipotizzare un possibile utilizzo di queste sorgenti per sviluppare acceleratori compatti adatti ad un vasto campo di possibili applicazioni, nell’ambito medicale (produzione di radioisotopi per la Positron Emission Tomography, PET, Adroterapia), della fusione inerziale (fast ignition indotta da fasci di protoni), della diagnostica avanzata (tecniche di proton imaging), dello studio dei materiali e dell’imaging sia medicale che per applicazioni di national security. Le attivita’ oggetto della presente proposta possono avvalersi dell’entrata in funzione tra breve in Italia (Laboratori Nazionali di Frascati) di una facility laser(FLAME) di ultima generazione. Questo consentirebbe una sinergia significativa per il consolidamento della fisica dell’accelerazione a plasma nel nostro Paese.
L’esperimento in oggetto si propone tre obiettivi principali:
1- Realizzazione di una linea di tempo di volo per la caratterizzazione dello spettro energetico del fascio di protoni prodotti da FLAME.
2- Verificare, mediante studi di dinamica di fascio, la possibilita’ di iniettare un fascio di protoni di circa 30 MeV prodotto da interazione laser in un linac ad alto campo per raggiungere energie di interesse medico con un fascio di alta qualita’ e dimensioni del sistema ridotte. Un linac compatto ad alto campo che potrebbe essere utilizzato come post-acceleratore laser e’ stato da noi realizzato e descritto nei manufatti.
3- Valutazione delle possibilita’ di utilizzo dei fasci prodotti per applicazioni in adroterapia e in radiobiologia.