Produzione di bersagli innovativi per l'accelerazione di ioni indotta da impulsi laser ultraintensi

Questa tesi riguarda la produzione di materiali nanostrutturati a bassissima densità a base Carbonio prodotti con la tecnica di deposizione a laser pulsato (PLD). L'obiettivo della ricerca all'interno della quale questo lavoro di tesi si inserisce riguarda la produzione di bersagli innovativi per l'accelerazione di ioni indotta da impulsi laser ultraintensi (I > 10^{18} [W cm^{-2}]). L'accelerazione di ioni indotta da laser ultraintesi permette attualmente di ottenere pacchetti di ioni con energie dell'ordine delle decine e delle centinaia di MeV dotati di ottime proprietà in termini di intensità e collimazione, potenzialmente utili per diverse applicazioni. Nella tecnica di accelerazione a cui si fa riferimento gli ioni che vengono accelerati originano dalla superficie non irraggiata (posteriore) di bersagli solidi di spessore micrometrico. Il meccanismo principalmente responsabile dell'accelerazione è noto come Target Normal Sheath Acceleration (TNSA). Gli esperimenti finora condotti hanno evidenziato che l'efficienza del processo di conversione dell'energia dall'impulso laser ultraintenso agli ioni è inferiore a circa il 10-15 %. Per questo motivo è utile considerare la produzione di bersagli con caratteristiche tali da consentire un trasferimento dell'energia più efficiente. I bersagli considerati nell'ambito di questa tesi possono essere ottenuti depositando uno strato di materiale a bassissima densità ( < 15-20 [mg cm^{-3}]) sulla superficie di un solido sottile analogo a quelli convenzionalmente utilizzati per l'accelerazione di ioni guidata da laser. Il lavoro di tesi ha riguardato la deposizione di film di Carbonio ultra-porosi. Ci si è in particolare focalizzati sull'individuazione dei parametri di deposizione utili per la produzione di materiali con caratteristiche adeguate in termini di densità ed uniformità. In particolare è stato indagata l'influenza di parametri quali la pressione ed il tipo di gas inerte (He, Ar) presente nella camera di deposizione, l'energia degli impulsi laser utilizzati per l'ablazione e la distanza fra target e substrato. Per facilitare la fase di caratterizzazione le nanoschiume sono depositate su substrati di Silicio. I materiali prodotti sono caratterizzati dall'avere una struttura estremamente porosa e fanno parte della categoria delle cosiddette nanoschiume di Carbonio. Per stimare il valore della densità media delle nanoschiume è stata utilizzata una tecnica basata sull'impiego di una microbilancia a cristallo di quarzo (QCM) e si è fatto riferimento hai valori relativi allo spessore dei film stimati con l'ausilio di un SEM. Dallo studio condotto è risultata la possibilità di ottenere materiali con densità media nell'intervallo di interesse mentre sono state riscontrate caratteristiche accettabili, ma non ottimali in relazione agli obiettivi, per quanto riguarda il grado di uniformità su scala micrometrica.