Exails Laser Tech fa progredire la ricerca sull'energia da fusione

L'umanità è sull'orlo di sfruttare energia pulita illimitata, con la tecnologia laser ad alta energia che funge da catalizzatore critico. Nella ricerca della fusione nucleare controllata, gli scienziati stanno continuamente spingendo i limiti delle capacità laser. Questo articolo esplora le applicazioni degli impianti laser ad alta energia nella fusione a confinamento inerziale e nella ricerca sull'interazione luce-materia, evidenziando al contempo i contributi tecnologici di Exail a supporto di questi sforzi all'avanguardia.

I laser ad alta energia sono definiti come sistemi laser a impulsi in grado di erogare energie di uscita pari o superiori a 100 millijoule. Attraverso l'amplificazione, questi sistemi possono raggiungere livelli di energia che raggiungono i kilojoule o addirittura i megajoule. Se combinati con durate di impulso su scala nanosecondo, tali elevate energie di impulso si traducono in una straordinaria potenza ottica di picco: ad esempio, 1 joule erogato in 10 nanosecondi produce una potenza di picco di centinaia di megawatt. La tecnologia laser a fibra rappresenta attualmente l'approccio più efficiente per le applicazioni laser ad alta potenza, beneficiando di un ampio sviluppo industriale guidato dal settore delle telecomunicazioni.

Nella ricerca sulla fusione a confinamento inerziale (ICF), i laser ad alta energia generano le temperature e le pressioni estreme necessarie per comprimere e riscaldare il combustibile deuterio-trizio alle condizioni di fusione. Oltre alla fusione, questi laser svolgono un ruolo cruciale nello studio delle interazioni luce-materia nella fisica del plasma e nella fisica ad alta densità di energia.

Per impianti laser su larga scala come il LULI2000 francese, l'impianto laser STFC del Regno Unito o sistemi di classe megajoule come il National Ignition Facility (NIF) negli Stati Uniti e il Laser Mégajoule (LMJ) in Francia, il controllo temporale preciso degli impulsi laser rappresenta un requisito fondamentale. La tecnologia di modellamento degli impulsi consente un controllo esatto sull'erogazione dell'energia laser, migliorando l'efficienza della fusione e l'affidabilità sperimentale.

Il sistema ModBox-FrontEnd di Exail rappresenta un significativo progresso nelle prestazioni di modellamento temporale degli impulsi. In grado di generare impulsi laser con profili temporali arbitrari mantenendo al contempo elevate frequenze di ripetizione, questa soluzione integrata offre un contrasto e una stabilità superiori rispetto agli approcci di modulazione convenzionali.

Gli impianti laser su scala megajoule conducono esperimenti straordinariamente complessi sincronizzando con precisione centinaia di fasci laser su bersagli su scala millimetrica. Questi esperimenti generano intense perturbazioni elettromagnetiche e ambienti di radiazione, inclusi raggi X pulsati, neutroni da 14 MeV e radiazioni gamma. All'interno di queste camere sperimentali, tutte le apparecchiature, dalla diagnostica laser e del plasma ai sistemi di controllo, devono funzionare in modo affidabile sotto intensa esposizione alle radiazioni.

La tecnologia a fibra ottica offre molteplici vantaggi in questi ambienti, tra cui robustezza intrinseca e immunità alle interferenze elettromagnetiche. I sistemi a fibra specializzati fungono da strumenti di misurazione critici, consentendo la raccolta di dati in tempo reale, in particolare per le applicazioni di temporizzazione e modellamento degli impulsi laser.

Da oltre un decennio, Exail è il fornitore esclusivo di fibre diagnostiche radioresistenti per impianti tra cui NIF e LMJ. Queste fibre specializzate mantengono la qualità e l'accuratezza dei dati anche negli ambienti di radiazione più elevati vicino ai bersagli sperimentali. Prima del loro sviluppo, molti esperimenti procedevano effettivamente "alla cieca" a causa dell'incapacità di recuperare sufficienti informazioni sul bersaglio.

Il laboratorio congiunto LabH6, istituito attraverso la collaborazione tra Exail e il Laboratorio Hubert Curien (CNRS/IOGS/Università di Saint-Étienne), si concentra sullo sviluppo di tecnologie a fibra ottica per ambienti estremi. La ricerca sugli effetti delle radiazioni sulle fibre di silice guida continui miglioramenti nelle prestazioni di attenuazione indotta dalle radiazioni (RIA), il fattore principale che limita la trasmissione della luce nelle fibre irradiate. Questi sviluppi estendono la durata delle fibre in applicazioni ad alta intensità di radiazioni migliorando al contempo l'affidabilità dei dati.