Lame di Luce: la tecnica da tavolo genererà campi magnetici megatesla

Energia

Redazione del sito web di Innovazione Tecnologica - 17 luglio 2025

Illustrazione concettuale dell'implosione delle lame dei microtubi: le lame interne a forma di dente di sega nel bersaglio cilindrico inducono flussi di carica fuori asse, generando forti correnti e campi magnetici di megatesla. [Immagine: Masakatsu Murakami]

Lame di luce

Gli scienziati giapponesi hanno ideato una tecnica per generare in laboratorio campi magnetici ultra-forti, la cui intensità si avvicina a milioni di tesla: i campi magnetici nell'ordine dei megatesla sono paragonabili a quelli che si trovano vicino a stelle di neutroni fortemente magnetizzate o nei getti astrofisici.

Tanto per darvi un'idea di cosa significhi, il record mondiale per un campo magnetico generato in laboratorio è di 45 tesla .

Si tratta di un sistema compatto, guidato da laser, che dovrebbe facilitare la costruzione delle necessarie apparecchiature di laboratorio. Il team ha soprannominato il metodo "implosione di microtubi laminati".

Tutto ciò comporta il direzionamento di impulsi laser molto potenti, ciascuno della durata di femtosecondi, verso un bersaglio cilindrico – il microtubo – contenente lamelle interne a denti di sega. Queste lame fanno ruotare asimmetricamente il plasma generato dagli impulsi laser, generando correnti circolanti in prossimità del centro.

La corrente risultante produce in modo autoconsistente un campo magnetico assiale molto intenso, superiore a 500 kilotesla (0,5 megatesla), prossimo al regime dei megatesla. Non è richiesto alcun campo magnetico esterno.

Questo meccanismo è in netto contrasto con la compressione magnetica tradizionale, che si basa sull'amplificazione di un campo magnetico iniziale, un campo magnetico esterno chiamato "campo seed". Nell'implosione di microtubi laminati, il campo viene generato da zero, alimentato esclusivamente dalle interazioni laser-plasma.

Inoltre, è possibile generare campi magnetici intensi in modo robusto incorporando nel bersaglio strutture che ne rompono la simmetria cilindrica. Questo processo crea un ciclo di feedback in cui flussi di particelle cariche – composte da ioni ed elettroni – rafforzano il campo magnetico, che a sua volta confina questi flussi più strettamente, amplificandolo ulteriormente.

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Concetti del meccanismo di generazione del campo magnetico megatesla (in alto) e simulazioni per il caso a otto pale (in basso). [Immagine: Pan/Murakami - 10.1063/5.0275006]

Astrofisica, fusione nucleare e quantistica

Una volta costruito il nuovo generatore di campo magnetico, cosa che non dovrebbe richiedere molto tempo, questi campi magnetici troveranno largo impiego in ambito scientifico, in particolare per consentire esperimenti di laboratorio volti a studiare fenomeni astrofisici, come i getti magnetizzati espulsi da vari tipi di corpi celesti e persino dall'interno delle stelle.

Altre applicazioni includono la fusione nucleare laser , che facilita lo sviluppo di schemi di accensione rapida di fasci di protoni, e l'elettrodinamica quantistica, per lo studio dei fenomeni quantistici non lineari.

"Questo approccio offre un nuovo e potente modo per creare e studiare campi magnetici estremi in un formato compatto. Fornisce un ponte sperimentale tra i plasmi di laboratorio e l'universo astrofisico", ha affermato il professor Masakatsu Murakami dell'Università di Osaka.

Per i team sperimentali interessati a costruire l'apparato, i due ricercatori hanno realizzato un modello analitico di supporto, dimostrando le leggi fondamentali di scala e le strategie di ottimizzazione dell'obiettivo.

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