Amerykanie budują Czechom najpotężniejszy laser świata

W październiku 2012 roku rozpoczął się największy czeski projekt naukowy, realizowany przez Instytut Fizyki Akademii Nauk Republiki Czeskiej i Unię Europejską. W ramach tego przedsięwzięcia powstanie kompleks naukowo-badawczy o nazwie Extreme Light Infrastructure (ELI) Beamlines, którego kluczowym elementem będzie Zaawansowany Petawatowy Laser o Wysokiej Powtarzalności (High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System - w skrócie HAPLS).

Budowę lasera powierzono najlepszym specjalistom w tej dziedzinie, czyli inżynierom z Lawrence Livermore National Laboratory - jednego z czołowych amerykańskich instytutów badawczo-naukowych w zakresie nauk stosowanych. Na terenie kompleksu znajduje się m.in. National Ignition Facility (NIF) - kolejny potężny laser, który w przyszłości może wywołać kontrolowaną syntezę termojądrową, a więc cudowne lekarstwo na wszystkie problemy energetyczne naszego świata. Zresztą to właśnie 192-wiązkowy laser NIF jest obecnie światowym rekordzistą jeśli chodzi o pik oraz średnią mocy.

Lawrence Livermore National Laboratory wyłoniono w ramach międzynarodowego konkursu, jako najlepiej wykwalifikowanego dostawcę takiej aparatury. Kontrakt opiewający na kwotę 46 mln dol. podpisano 16 września 2013 roku, po trwających ponad rok negocjacjach.

"Jesteśmy dumni i podekscytowani możliwością współpracy z Lawrence Livermore - uznanym ośrodkiem wyspecjalizowanym w produkcji laserów wysokiej jakości" - powiedział Jan Řídký, dyrektor Instytutu Fizyki Akademii Nauk Republiki Czeskiej. "Ta umowa to wielki zaszczyt, ale jednocześnie dowód na to, że jesteśmy liderem w dziedzinie projektowania, produkcji i eksploatacji laserów" - odpowiedział Ed Moses, dyrektor Fusion Science and Applications w Livermore.

HAPLS zaprojektowano pod kątem wysokiego piku mocy i powtarzalności - kombinacji, której wciąż nie doczekała się współczesna nauka. Inżynierowie założyli, że szczytowa moc lasera wyniesie ponad 1 petawat, czyli 1000000000000000 watów, przy czym każdy impuls dostarczy 30 dżuli energii w czasie krótszym niż 30 femtosekund (1 femtosekunda to jedna biliardowa część sekundy). HAPLS będzie je emitował z częstotliwością 10 herców (10 powtórzeń na sekundę).

"HAPLS może osiągnąć natężenie 100000000000000000000000 watów na centymetr kwadratowy, czyli 100 razy więcej niż pierwszy petawatowy laser opracowany w Livermore 18 lat temu. To również 100 tys. razy więcej, niż są w stanie wyprodukować wszystkie elektrownie świata. Tak ekstremalna wartość w połączeniu z częstotliwością powtarzania pozwoli na przeprowadzanie eksperymentów opartych na oddziaływaniu światło-materia, jakich nigdy wcześniej nie próbowaliśmy" - wyjaśnił Michael Dunne, jeden z dyrektorów National Ignition Facility and Photon Science.

Naukowcy są przekonani, że HAPLS umożliwi prowadzenie całkowicie nowych badań w wielu dziedzinach nauki, m.in. w fizyce jądrowej, fizyce wysokich energii, fizyce plazmy, fizyce cząstek, kosmologii, astrofizyce, chemii, medycynie i biologii. Możliwe stanie się obrazowanie komórek i białek w niespotykanej dotąd rozdzielczości czasowej i przestrzennej, obrazowanie przebiegu reakcji biochemicznych czy powstawania i rozpadu wiązań chemicznych.

Z jego pomocą uda się również poprawić jakość i skuteczność zabiegów onkologicznych. W ostatnim przypadku szczególnie istotne okażą się wysokoenergetyczne wiązki protonów lub jonów o wysokiej jakości, które będą w stanie uporać się z głęboko zakorzenionymi guzami.

Dunne przewiduje, że jednym z najważniejszych zastosowań HAPLS będą badania nad zjawiskiem fuzji. Przy okazji uda się sprawdzić trwałość materiałów, które mogą znaleźć się we wnętrzu reaktorów jądrowych - nawet już tych istniejących.

Możliwości HAPLS wydają się nieograniczone. Z tego powodu w czeskim ELI, zlokalizowanym niedaleko Pragi, pojawi się wielu naukowców z różnych krajów. Supernowoczesna aparatura zostanie wykorzystana w setkach lub tysiącach eksperymentów, o których nauka mogła na razie tylko marzyć.

Jeśli wszystko potoczy się zgodnie z planem, to pierwszy eksperyment z udziałem HAPLS odbędzie się w 2018 roku, natomiast kompleks laboratoriów będzie gotowy dwa lata wcześniej. To jednak tylko początek całej sieci takich supernowoczesnych obiektów na terenie Europy. Laser attosekundowy powstanie kiedyś na Węgrzech, natomiast laboratorium fizyki jądrowej ELI - w Rumunii.