60 years of laser 60 years of laser 60 years of laser

O ELI Beamlines

Centrum ELI Beamlines si klade za cíl dlouhodobě provozovat nejintenzivnější laserový systém na světě. Díky ultravysokým výkonům 10 PW (petawatt) a soustředěným intenzitám až 1024 W/cm2 nabízíme našim uživatelům jedinečný zdroj záření a paprsků částic. Tyto tzv. beamlines umožňují průkopnický výzkum nejen v oblasti fyziky a vědy o materiálech, ale také v biomedicíně a laboratorní astrofyzice a mnoha dalších oborech.

Centrum ELI Beamlines je součástí projektu ELI (Extreme Light Infrastructure), nové výzkumné infrastruktury panevropského významu, a součástí plánu Evropské ho strategického fóra pro výzkumné infrastruktury (ESFRI).

Výzkumná infrastruktura projektu ELI zahrnuje několik pracovišť a doplňkových zařízení umístěných na území České republiky, Maďarska a Rumunska. Zabývají se zkoumáním interakce světla s hmotou při nejvyšších intenzitách a nejkratších časových rozpětích.

Laserové centrum v Dolních Břežanech se uživatelským experimentům zpřístupnilo v roce 2018. Centrum ELI Beamlines se nachází v Dolních Břežanech ve Středočeském kraji, nedaleko hlavního města Prahy. Přípravu a realizaci centra má na starosti Fyzikální ústav Akademie věd ČR.

Vize

Laserové centrum ELI Beamlines je unikátní špičkové zařízení postavené pro český i mezinárodní vědecký výzkum – pro uživatele, kteří provádějí experimenty základního a aplikovaného výzkumu s využitím čtyř ultraintenzivních laserových systémů (L1-L4), které jsou postupně uváděny do plného provozu.

DOSAŽENÍ ULTRARELATIVISTICKÉHO REŽIMU

Centrum ELI Beamlines je navrženo jako vysokoenergetický a vysokorepetiční pilíř evropského projektu ELI (Extreme Light Infrastructure). Hlavním cílem projektu je, v souladu s Bílou knihou ELI [1], vytvořit zařízení s vysokoenergetickými paprsky, které dokáže vyvíjet a využívat ultrakrátké pulsy vysokoenergetických částic a záření pramenících z relativistických a ultrarelativistických interakcí. Centrum ELI Beamlines usiluje o řešení jedné z „velkých výzev“, konkrétně při generování ultrakrátkých pulsů paprsků energetických částic (>10 GeV) a záření (až několik MeV) vytvářených pomocí kompaktních urychlovačů laserového plazmatu. Očekává se, že podpoří „vědu ultravysokých polí, tj. dosažení ultrarelativistického režimu“.

ŠIROKÉ MEZIOBOROVÉ VYUŽITÍ

Laserové zdroje, které jsou k dispozici v zařízení ELI Beamlines, jsou podrobně popsány v dokumentu Technical Design Review [3]. Laserové systémy jsou navrženy tak, aby řešily konkrétní vědecké problémy stanovené mezinárodním konsorciem v rámci přípravné fáze ELI [2, 3], a to v oblasti urychlení částic pomocí laserů, generování XUV a rentgenových pulsů s vysokým jasem a fyziky vysokých polí. Zdroje ultrakrátkých pulsů generující energetické částice a záření jsou navrženy tak, aby sloužily základnímu výzkumu a měly široké mezioborové využití.

VLASTNOSTI

S ohledem na cíle zařízení ELI Beamlines mají laserové systémy následující hlavní vlastnosti:

  1. Laserové pulsy s vysokou opakovací frekvencí dodávají projektům základního a aplikovaného výzkumu vícenásobný špičkový výkon od 10 TW (terawatt) po PW a nabízejí uživatelům mnohostranné využití.
  2. Špičkový výkon 10 PW (petawatt) zajišťuje projektům základního vědeckého výzkumu soustředěnou intenzitu až do hodnoty 1024 W/cm2 při zvýšené frekvenci dávek

Cíl

Projekt Extreme Light Infrastructure (ELI) je součástí evropského plánu na vybudování nové generace velkých výzkumných zařízení vybraných Evropským strategickým fórem pro infrastruktury výzkumu (ESFRI). Cílem ELI Beamlines je provozování mezinárodního výzkumného laserového zařízení pro revoluční vědecké experimenty a použití v nejrůznějších oblastech. ELI přizpůsobuje své vědecké, inženýrské a medicínské cíle ve prospěch průmyslu a společnosti.

NEJVĚTŠÍ LASEROVÉ ZAŘÍZENÍ NA SVĚTE

Centrum ELI Beamlines je součástí panevropského projektu ELI – největšího laserového zařízení na světě. Je otevřeno pro mezinárodní i interdisciplinární komunity uživatelů z akademické i průmyslové sféry. Projekt ELI je zastřešen mezinárodní vědeckou laserovou společností a probíhá v České republice, Maďarsku a Rumunsku a posouvá mezinárodní vývoj laserových technologií a jejich aplikací k novým hranicím a plní důležitý úkol v oblasti regionálního sociálně-ekonomického vývoje.

MULTIDISCIPLINÁRNÍ INFRASTRUKTURA

Hlavním cílem centra ELI Beamlines je stát se skutečně multidisciplinární, uživatelsky orientovanou infrastrukturou pro provádění revolučních vědeckých experimentů a aplikací v různých oblastech, včetně fyziky a astrofyziky, chemie, biologie, materiálových věd, lékařství atd., díky kombinaci pokročilých synchronizovaných krátkých laserových pulzů s ultravysokou intenzitou a pomocných zdrojů částic nebo rentgenového záření (X-ray).

ŠPIČKOVÉ SEKUNDÁRNÍ ZDROJE

Centrum ELI Beamlines poskytuje výzkumné možnosti s širokou škálou špičkových sekundárních zdrojů buzených lasery s ultravysokou intenzitou. Tyto sekundární zdroje, zejména ty založené na zcela nových koncepcích, produkují pulzy záření nejvyšší intenzity a kvality paprsku, včetně elektromagnetického záření v širokém spektru a nabitých částic, jako jsou elektrony, protony a ionty. Dá se proto očekávat bohaté spektrum nových aplikací.

Přínos pro společnost

Jako evropská výzkumná infrastruktura posiluje centrum ELI Beamlines pozici Evropy ve světovém laserovém výzkumu a vytváří nové příležitosti pro evropský průmysl.

Aplikovaný výzkum v zařízení ELI Beamlines pokrývá oblasti od zlepšení onkologické léčby, lékařské zobrazovací techniky, rychlé elektroniky a stárnutí materiálů jaderného reaktoru až po vývoj nových metod zpracování jaderného odpadu.

EVROPA NA PŘEDNÍM MÍSTĚ VĚDY

Zařízení ELI (Extreme Light Infrastructure) je součástí plánu Evropského strategického fóra pro výzkumné infrastruktury (ESFRI) . Umístění zařízení ve střední a východní Evropě umožňuje využívání vědeckého a technologického potenciálu nových členských zemí EU, které se do výzkumu zapojily, urychluje proces evropské integrace a povede k obrovskému zlepšení jejich výzkumných infrastruktur.

Posláním fóra ESFRI, které bylo založeno v roce 2002, je udržet Evropu na předním místě v oblasti rychle se rozvíjející vědy a techniky a zvýšení kapacity potřebné k naplnění potřeb EU a světové vědecké komunity. Fórum ESFRI se zaměřuje na podporu promyšleně a strategicky vedeného přístupu k vytváření koncepce evropských výzkumných infrastruktur a na usnadnění mnohostranných iniciativ vedoucích k lepšímu využití a rozvoji výzkumných infrastruktur – jak v EU tak na mezinárodní úrovni.

O výstavbě ELI bylo rozhodnuto za účelem posílení vedoucí pozice Evropy ve vysokointenzivním laserovém výzkumu. Evropa si tak zajistila nové příležitosti pro evropský fotonický průmysl. Výzkum prováděný v centru ELI Beamlines posouvá řadu vědeckých oborů daleko za hranice laserové vědy. Nové techniky pro zobrazování lékařských snímků, lékařskou diagnostiku, radioterapii, nástroje pro rozvoj a testování nových materiálů a nejnovější rentgenovou optiku představují jen několik položek výzkumného a aplikačního programu.

Tento výzkum přináší společnosti nové výhody – počínaje zdokonalením onkologické léčby, lékařské a biomedicínské zobrazovací techniky, rychlé elektroniky a našeho chápání stárnutí materiálů jaderného reaktoru až po vývoj nových metod zpracování jaderného odpadu.

Centrum ELI Beamlines představuje atraktivní platformou pro výchovu nové generace vědců, inženýrů a doktorandů. Česká republika je hostitelskou zemí špičkového mezinárodního výzkumu a to láká další investice do vyspělých technologií s vysokou přidanou hodnotou.