ADONIS

ADONIS

Od 1. ledna 2018 realizujeme projekt laserového centra ELI Beamlines ADONIS. Jméno je zkratkou odvozenou z anglického názvu Advanced research using high intensity laser produced photons and particles a v češtině znamená Pokročilý výzkum s využitím fotonů a částic vytvořených vysoce intenzivními lasery. Projekt poběží do konce října 2022 a je financován z Operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání z výzvy Excelentní výzkum.

ADONIS projekt

Výkonné lasery budou čerpat vyspělé pulzní zdroje optických, infračervených a rentgenových paprsků a dále i urychlených částic s parametry jednoznačně za hranicí až do posud existujících zdrojů. Jde zejména o parametry jako je intenzita, délka pulzu, stabilita, synchronizace, rozpětí energie a opakovací frekvence. Takovéto zdroje umožní nové výzkumné směry od základního výzkumu po aplikovaný a potenciálně přispějí i k hlubšímu porozumění fundamentálních přírodních procesů. Takové poznání se z dlouhodobého hlediska vždy ukázalo být k veřejnému prospěchu. Navrhovaný upgrade již existujícího zařízení rozšíří možnosti jak přímo užitných tak vědecky orientovaných aplikací a rozšíří základnu potenciálních uživatelů, zejména ze sektoru průmyslu, aniž by byly omezeny možnosti aplikací v základním výzkumu. Konkurenceschopnost ELI Beamlines tímto upgradem stoupne v podstatné míře. Jako nejvyspělejší zařízení svého druhu v Evropě zároveň vyzdvihne vědecko-technologickou pokročilost České Republiky jako takové a to jako velmi unikátní a vyspělé zařízení v opravdu nezanedbatelné míře.

ADONIS projekt rozvoje centra je tedy dvojího druhu: zvýšení schopností a variability laserových systémů a následně využití těchto vylepšených laserů pro nové laserové experimenty. Z toho je zřejmé silné propojení a vzájemná závislost laserů a jejich užití pro experimenty. Vylepšení laserových technologií povede přímo k vylepšení koncových stanic, laserových svazků a platforem ELI Beamlines.

ELI Beamlines je skutečně světově unikátním počinem v oblasti laserové technologie a také úplně první čistě laserové zřízení takového rozsahu. Toto zařízení bude sloužit jak akademickému výzkumu, tak aplikovanému výzkumu orientovanému na společensky relevantní problémy jako je například oblast zdravotnictví. Z vlastní podstaty je projekt jako je ELI-BL časově velmi nákladný. Konstrukce a instalace zařízení vyžadovala (a stále vyžaduje) mnoho invence a improvizace, nezbytné pro výzkum v první linii neprozkoumaného vědeckého teritoria. Jakékoli vědecké zařízení vyžaduje neustálý vývoj a upgrade technologií, pokud chce zůstat stále špičkovým pracovištěm. Překotná rychlost současného technologického vývoje znamená, že upgrade je smysluplný od samotného počátku, kdy naopak včasné zareagovaní ještě v konstrukční fázi umožnuje včas udržet vysoký standard za relativně nižší náklady, než kompletní rekonstrukce po dlouhé době. Inovace a konstrukce nejsou oddělitelné, ale musí neustále pokračovat. Speciálně ve fázi otevírání pro uživatelské komunity si zařízení nemůže dovolit žádné kompromisy. Zřízení musí být zcela aktuální a v souladu s momentálním stavem věcí a ne například s požadavky mezinárodní vědecké komunity v době, kdy se rozhodlo o konstrukci zařízení. To neznamená, že současné zařízení by nebylo použitelné. Právě naopak. Veškeré instalace byly od počátku navrhovány tak, aby do nich bylo přirozeně a bez nutnosti přestavby možné vkládat další prvky zvyšující výkon a kvalitu. Současná infrastruktura je konstruovaná tak, aby umožnila poměrně dlouhý nepřetržitý růst. To činí každý další upgrade velmi efektivním. Téměř veškeré náklady směřují přímo do zřízení pokutující zvýšený výkon, veškerá podpůrná infrastruktura je nastavena k tomu přirozeně začlenit tyto prvky. Unikátní charakteristikou ELI-BL je její velká flexibilita, která přímo vytváří mimořádně multidisciplinární zázemí. Plánovaný upgrade pozitivně ovlivní všechny existující experimentální stanoviště, což bude podrobněji rozvedeno níže. V každém případě specifické upgrady nejsou zcela nezávislé, ale musí být chápány jako hluboce propojené. Specifická zlepšení některých parametrů laseru (například vylepšení vzájemné synchronizace rozdílných zdrojů) vytvoří zcela nové experimentální možnosti a jsou navržena na základě již získané zkušenosti a vyčerpávající diskuzi mezi vědci a laserovými inženýry. Taková debata je velmi obtížná ve fázi, kdy jsou nesčetné dílčí části projektu teprve ve stavu návrhu. Takovýto upgrade ve fázi, kdy veškeré týmy mají zcela jasné povědomí a bezprostřední situaci zařízení a potřebách ostatních týmů umožnuje provést klíčové finální instalace efektivně a skutečně v souladu s bezprostředními potřebami uživatelské komunity.

Trendem ve výzkumu založeném na laserech jsou sofistikované experimenty typu pump-probe, které vyžadují synchronizované vícečetné laserové svazky. Rozsah experimentálních možností se významně zvýší zvětšením dostupných vlnových délek a také variability délek impulzů a počtu svazků.

Projekt ADONIS obsahuje 9 výzkumných programů:

Výzkumný program I: DUHA (Dvousvazkový ultrarychlý OPCPA zesilovač s vysokou energií)

Cíle výzkumného programu naplní dvě výzkumné aktivity: RA1, Vývoj OPCPA systému s vysokou energií a vysokou opakovací frekvencí, a RA2, Vývoj laseru s krátkými mJ pulsy ve střední infračervené (dále jen MIR) oblasti s vysokou opakovací frekvencí a design 100-TW laseru v MIR oblasti. Program má následující předpokládané výstupy:

Plánovaný cíl RA1: Laserový systém s následujícími navrženými parametry: špičkový výkon: 100 TW, střední vlnová délka: 800 nm, opakovací frekvence: 20 Hz. Tento laser může být využit pro experimenty s laserem řízeným wakefield urychlováním. Vysoký špičkový výkon a vysoká opakovací frekvence činí tento laser pro tyto aplikace ideálním.

Plánovaný cíl RA2: Laserový systém s následujícími minimálními parametry: energie pulzu větší než 1 mJ, opakovací frekvence alespoň 1 kHz, délka pulzu kratší než 50 fs se stabilní fází nosné frekvence.  Tento laser může být použit při experimentech s generací vyšších harmonických frekvencí a k těmto experimentům může být také synchronizován s 1 kHz laserovým systémem L1. Druhým výstupem RA2 bude technický design 100 TW laseru v MIR oblasti, používající stejný čerpací zdroj použitý ve výzkumné aktivitě RA1 k čerpání OPCPA. Třetím výstupem RA2 budou výsledky testování laserem způsobeného poškození optických prvků (LIDT) a krystalů s velkou aperturou pro MIR oblast, které jsou nezbytné pro vývoj 100 TW laseru v MIR oblasti.

Hlavním výzkumným cílem projektu DUHA je poskytnout experimentátorům unikátní nástroj pro nový výzkum. Z hlediska akademického výstupu (např. publikovaných článků) předpokládáme, že většina článků bude pocházet z experimentů, používající dokončený laserový systémem DUHA. Výzkumné aktivity projektu DUHA zahrnují vývoj dosud neexistujících laserů a také důkladné zkoumání vlastností materiálů a optiky pro MIR oblast. Vývoj systému samotného tak bude nové a zajímavé téma a obohatí další vědecké skupiny zabývající se vývojem laserových zdrojů, což povede k publikování článků také již při vývoji tohoto laserového systému.  Díky tomu ročně očekáváme publikaci alespoň 3 recenzovaných článků a 1 až 2 příspěvky ve sbornících konferencí a to i přesto, že většina času v projektu bude věnována plánování, nákupu a vývoji (včetně technicky zaměřeného vývoje pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti systému).

Vedoucí programu: Bedřich Rus
Koordinátor programu: Jonathan Tyler Green

Výzkumný program II:F-SYNC (Vývoj femtosekundové synchronizace a koherentního kombinování pulzů s vysokou energií

Laserový systém ELI-Beamlines (ELI-BL) L1, navržený ke generaci pulzů s délkou pod 20 fs, energií 100 mJ a opakovací frekvencí 1 kHz, je v současné době vyvíjen týmem ELI-BL vědců a je financován z projektu pro stavbu centra ELI-BL. Projekt L1 zatím dosáhl všech vývojových milníků a je na dobré cestě k dosažení délky pulzů kratší než 20 fs a energie větší než 30 mJ s frekvencí 1 kHz v Listopadu 2017. Tým nedávno demonstroval pulzy s energií 11 mJ a opakovací frekvencí 1 kHz komprimované na 12 fs, všechny systémy potřebné k dosažení energie 30 mJ jsou ve výrobě a některé z nich již byly úspěšně otestovány v laboratoři (např. čerpací laser s opakovací frekvencí 1 kHz a energií pulzů 230 mJ). Během roku 2018 začne být laserový systém L1 využíván pro experimenty s ultrarychlou dynamikou procesů v molekulárním, biomedicínském a materiálovém inženýrství a ve stejné době zvýší tým ELI-BL použitím existujícího vybavení výstupní energii laseru nad 50 mJ. Systém L1 bude zabírat polovinu laserové haly L1 v ELI-BL budově a je určen pro použití v experimentální hale E1, která je umístěna přímo pod halou L1.

Zatímco současný stav systému L1 se může rovnat nejpokročilejším laserům na světě a očekávané parametry energie 50 mJ, opakovací frekvence 1 kHz a délky pulzů 20 fs budou dalece přesahovat cokoli, co zatím bylo publikováno, výsledný účel tohoto laserového systému je sloužit jako nástroj experimentátorům. Kvůli tomu je nezbytné, aby se pokračovalo ve vývoji a dalším vylepšování tohoto systému a aby se tak umožnilo experimentátorům a uživatelům provádět co nejvíce druhů experimentů. Pouze tak bude ELI-BL sloužit jako základna pro nový výzkum a zdroj nových vědeckých poznatků.

Námi navrhovaný program F-SYNC bude sloužit k dalšímu vývoji používaných technik synchronizace femtosekundových pulzů a významně tak rozšíří schopnost a dostupnost laserového systému L1 pro použití v experimentech v hale E1. Program obsahuje následující dvě výzkumné aktivity:

RA1 – Vývoj vysoce synchronizovaného přídavného systému pro pump-probe experimenty

Pump-probe experimenty jsou základním kamenem výzkumu ultrarychlé dynamiky a budou klíčovou součástí výzkumu v zařízení ELI-BL. V současném návrhu je dynamika, která může být touto technikou pomocí systému L1 zkoumána limitována časovou škálou na úrovni nanosekund. Důvodem je fakt, že probe pulz musí být od pump pulzu oddělen a zpožděn optickou zpožďovací linkou. Pump-probe experimenty používající laserový pulz a pulz laserem generovaného rentgenového záření musí navíc kompenzovat zpoždění, ke kterému dochází v systémech pro generaci rentgenového záření.

Ve výzkumné aktivitě RA1 je navrženo značné zlepšení pump-probe schopností systému L1 vyvinutím plně synchronizovaného, nezávislého, přídavného laserového systému s energií pulzu přes 10 mJ a opakovací frekvencí 1 kHz (L1.2). Výsledkem této práce bude významné rozšíření počtu fyzikálních procesů, které v ELI-BL pomocí pump‑probe experimentů bude možné zkoumat díky tomu, že pump i probe pulz (laserový i laserem generovaný rentgenový) budou moci být vůči sobě libovolně zpožděny. Ovládání takového zpoždění by bylo plně elektronické, optické zpožďovací linky v experimentální hale by nebyly potřeba a uživatelé a experimentátoři by tak využili plnou flexibilitu jejich pump-probe experimentů. Pokud je nám známo, žádný podobně výkonný laserový systém na světě takovou flexibilitu a přesnost nemá. Tato unikátní vlastnost je obzvláště důležitá pro výzkum v molekulární biologii, pokročilém materiálovém inženýrství a urychlování reakcí, kde je možnost zkoumat dynamiku vzájemně propojených procesů na milisekundové až femtosekundové úrovni důležitá pro pochopení komplexních funkcí, jako je například přirozená a umělá fotosyntéza.

RA2 – Vývoj technik pro koherentní kombinování svazků s pikosekundovými a femtosekundovými pulzy s vysokou energií

Koherentní kombinace laserů je technika, získávající čím dál větší pozornost v oboru laserových systémů s vysokým výkonem a vysokou energií a je považována za jeden ze způsobů jak dosáhnout na experimentálních terčích dosud nevídané intenzity laserového svazku. Přestože je tato technika předmětem výzkumu v mnoha laserových zařízeních a byla navržena jako klíčová technologie pro použití v budoucím čtvrtém pilíři projektu ELI, pokud je nám známo, žádné ze  zařízení ELI do koherentního kombinování laserových pulzů významně neinvestovalo.

Výzkumná aktivita RA2 tedy navrhuje prozkoumání technik koherentního kombinování pulzů s vysokou energií vyžadující synchronizaci lepší než v jednotkách fs. Přímým výstupem úspěšné koherentní kombinace by bylo zvýšení na terč dopadající intenzity laserového systému L1. Tento výzkum v ELI-BL by byl prospěšný také pro možnost zkoumání potenciálu této metody a pro vývoj schopností a technologií potřebných pro aplikaci této techniky ve velkých laserových systémech s ultra vysokou intenzitou, které budou součástí projektu ELI. Jádrem potřebných technologií je schopnost aktivně kontrolovat synchronizaci, disperzi a vlnoplochu jednotlivých pulzů a tyto klíčové technologie tak budou v rámci tohoto výzkumného programu vyvinuty.

Vedoucí programu: Bedřich Rus
Koordinátor programu: Pavel Bakule

Výzkumný program III:FLIP - Zlepšení fokusované intenzity a její diagnostiky pro PW a multi-PW laserové systémy)

Výzkumný program FLIP se zaměřuje na zlepšování fokusované intenzity a jejího měření u vysoko výkonných laserů ELI-BL. Maximalizace a charakterizace intenzity ve fokusu hraje zásadní roli ve většině laserových experimentů. Z umístění transportních teleskopů do distribuce svazků plynou zásadní výhody pro celé výzkumné centrum. Je možné transportovat vyšší energie, neboť se snižují amplitudové modulace na nejkritičtějších optických elementech a oblast filtrační apertury chrání laser před nebezpečnými zpětnými odrazy z experimentů, elektromagnetickými impulzy a kontaminací z experimentů s vysokou repeticí. Zobrazovací systém zároveň inherentně stabilizuje aperturu na finálních elementech distribuce a tím zvyšuje účinnost a stabilitu deformovatelného zrcadla.

Nejvyšší využitelnost zobrazovacího teleskopu je na trase mezi laserem L3 HAPLS a místností E4, protože se jedná a nejdelší vzdálenosti a zároveň vyžadují experimenty nejvyšší intenzity při použití pevných terčů.

Laser L4 10PW třídy má extrémně velký svazek a jeho diagnostika je tedy vysoce komplexní. Aby bylo možné odvodit fluenci resp. intenzitu ve fokusu experimentu a vytvořit zpětnovazební smyčku pro adaptivní optiku, je potřeba diagnostikovat reprezentativní reziduální svazek s vysokým rozlišením a přesností. Vhodný zmenšující a zobrazující systém bude navržen a optimalizován a budou vytvořeny postupy pro jeho ověření a nastavení.

Plánované výzkumné aktivity jsou následující:

RA1  - Návrh a implementace zobrazovacího transportního teleskopu pro komprimovaný svazek L3 HAPLS

RA2 - Návrh zmenšujícího a zobrazujícího optického systému diagnostiky svazku s vysokým rozlišením pro laser L4 10PW třídy

Vedoucí programu: Bedřich Rus
Koordinátor programu: Daniel Kramer

Výzkumný program IV:FLAX (Femtosekundové laserem buzené zdroje rentgenového záření)

Hlavním cílem tohoto výzkumného programu je vývoj a implementace koherentních i nekoherentních zdrojů rentgenového záření s velmi krátkou délkou pulzu, které umožní studium ultrarychlých jevů na atomární a molekulární úrovni v časovém i prostorovém měřítku. Laserem buzené zdroje krátkovlnného záření mají na rozdíl od velkých konvenčních zařízení, jakými jsou synchrotrony nebo lasery na volných elektronech, výhodu ve své kompaktnosti, takže umožňují přístup podstatně širší skupině uživatelů. Další přidanou hodnotou, kromě nižších nároků na prostor a tedy i náklady, je možnost přesné synchronizace rentgenových pulzů s jinými laserovými pulzy stejně jako možnost současného využití celého spektra různých typů rentgenového záření se svými specifickými vlastnostmi. Zajímavou možností je kombinace přesně synchronizovaných krátkých rentgenových pulzů (v oblasti VUV až gama záření s energií fotonů vyšší než 100 keV) se svazky urychlených částic (elektronů, protonů i iontů). 

Vedoucí programu: Jaroslav Nejdl
Koordinátor programu: Marcelo Ciappina

Výzkumný program V:Luis (Lase undulator Illuminating Source)

V současnosti existuje v komunitě věd o živé přírodě a materiálových věd vysoká poptávka po vysoce zářivých zdrojích koherentního rentgenového záření – XFEL, viz [60, 61, 62]. Tyto zdroje, kterých je celosvětově jen několik, a nepostačují na pokrytí poptávky, jsou doposud poháněny nákladnými klasickými urychlovači (v délce mnoha stovek metrů) dostupnými jen pro mezinárodní kolaborace. Laser buzené XFEL budou naopak velmi kompaktní zdroje s délkou několika desítek metrů a náklady přijatelnými pro větší univerzity či národní laboratoře.

 Tým LUX ELI Beamlines intenzivně pracuje ve spolupráci s Universitou v Hamburku na vývoji svazku LUX [63.64.65], který má ambice stát se prvním laserem poháněným undulátorovým zdrojem dostatečně stabilním pro uživatelské experimenty běžně prováděné na synchrotronech. LUX svazek bude také poskytovat intenzitu záření odpovídající synchrotronu a dodejme, že zařízení XFEL, technicky náročnější, poskytují v jednom výstřelu intenzitu zhruba milionkrát vyšší, umožňující nové typy experimentů. Tento návrh výzkumného programu se zaměřuje na další potřebné kroky vedoucí od svazku LUX k laserem poháněnému XFEL, a to:

1) Vývoj pokročilých diagnostických metod plazmatu a schémat laserového urychlování elektronů a jejich injekce do plazmatu za účelem detailního výzkumu elektronové injekce a urychlování, snížení energetického rozptylu urychlených elektronů, umožňujícího provoz XFEL s budoucí undulátorovou;

2) Výzkum funkce plazmových čoček pro elektronový transport za účelem vyvinutí pokročilého transportu vyhovujícího potřebám XFEL.

Již od první fáze tohoto programu nabídne LUIS uživatelům ELI Beamlines fotonové svazky generované v LUX undulátoru a pomocné svazky pro pump-and-probe experimenty. Souběžně s tímto programem vyvineme a zprovozníme ve spolupráci s Univerzitou v Hamburku (UHH) undulátorovou sekci XFEL produkující EUV (extrémně ultra fialové) záření vysokých intenzit, jež bude atraktivním výzkumným nástrojem pro mezinárodní vědeckou komunitu.

Vedoucí programu: Georg Korn
Koordninátor programu: Lukáš Přibyl

Výzkumný program VI: IAL (Urychlování iontů pomocí laserů)

Výzkumný program "Urychlování iontů pomocí laserů" se zaměří na provedení experimentů prokazujících funkčnost principu se zaměřením na budoucí základní i aplikovaný výzkum, vč. společensky prospěšných aplikací v různých oblastech. Optimalizace vyvinutých sekundárních zdrojů (protonových/iontových svazků) co do kvality a opakovatelnosti svazku (prostorový profil, stabilita zaměření, divergence a energetická stabilita) bude naprosto klíčová.  Do realizace tak náročné a široké škály aktivit bude (s dodatečnou podporou mezinárodních strategických partnerů zaměřených na tuto oblast) zapojena vědecká skupina, která aktuálně implementuje experimentální halu určenou k urychlování iontů v ELI-Beamlines (ELIMAIA beamline).

Rozvoj krátkých shluků částic (protonů a těžších iontů) za hranice aktuální úrovně vědy umožní provádět nová zkoumání sahající od základního do aplikovaného výzkumu, především v medicíně, a tak povede k lepšímu pochopení přírody a zlepšení kvality života a zdraví. Tyto nekonvenční iontové svazky mají velký potenciál pro širokou škálu aplikací jako je ozařování vzorků pro biomedicínu a materiálovou vědu, inovativní přístup k hadronové terapii, „pump-probe“ experimenty s časovým rozlišením lepším než nanosekundy, pulzní radiolýzu, výzkum radiačního poškození různých materiálů/detektorů (ultravysoké dávky záření) a pokročilé jaderné reakce pro generování sekundárních zdrojů (alfa záření, neutrony,...).

V rámci projektu ze zaměříme na určité oblasti vývoje, které významně zlepší vědecké a technologické možnosti ELI-Beamlines v cílovém prostoru určeném pro urychlování iontů. Chceme implementovat pokročilé a komplementární experimentální konfigurace, které nejsou nyní v centru ELI-Beamlines pokryty.

Hlavní cíle tohoto výzkumného projektu jsou:

  1. návrh, vývoj a implementace nových pokročilých schémat pro laserové urychlování iontů;
  2. návrh, vývoj a implementace dodatečných sekundárních zdrojů (alfa částic, neutronů) a jejich kombinace s dostupnými iontovými svazky pro multidisciplinární aplikace (vč. pokročilých uživatelských koncových stanic);
  3. návrh, vývoj a implementace pokročilých experimentálních konfigurací (vč. diagnostiky a terčů) pro plnou kontrolu laserem urychlovaných iontových svazků, a to jak pro základní výzkum, tak pro multidisciplinární uživatelské aplikace.

Vedoucí programu: Daniele Margarone
Koordinátoři programu: Marco Borghesi, Sergey S. Bulanov

Výzkumný program VII: EAL (Urychlování elektronů pomocí laserů)

Výzkumný program "Urychlování elektronů pomocí laserů" se zaměří na provedení proof-of-principle experimentů se zaměřením na budoucí základní i aplikovaný výzkum, vč. společensky prospěšných aplikací v různých oblastech. Optimalizace vyvinutých sekundárních zdrojů (svazků částic) co do kvality a reprodukovatelnosti svazku (prostorový profil, stabilita, divergence a energetická stabilita) bude naprosto klíčová.  Do realizace tak náročné a široké škály aktivit bude zapojena vědecká skupina, která aktuálně buduje experimentální platformu pro laserové urychlování elektronů na ELI-Beamlines ("High-energy Electron by Laser" -  experimentální platforma HELL) s dodatečnou podporu mezinárodních strategických partnerů.

Rozšíření poznatků a experimentálních výsledků v oblasti urychlování krátkých elektronových svazků a impulzů gama záření za hranici aktuálních výsledků světové vědecké komunity umožní provádět nová zkoumání od základního po aplikovaný výzkum, především v medicíně, a tak povede k lepšímu pochopení přírody a zlepšení kvality života a zdraví. Takovéto nekonvenční svazky částic mají velký potenciál v široké škále aplikací, jako jsou ozařování vzorků pro biomedicínu a materiálovou vědu, inovativní přístup k radioterapii, pump-probe  experimenty s časovým rozlišením pod pikosekundu, pulzní radiolýzu pomocí elektronů, zkoumání poškození různých materiálů/detektorů radiací (vysokými dávkami záření) a generování sekundárních zdrojů pro kompaktní zdroje záření gama, medicínskou diagnostiku (rentgenové a gama záření) a pokročilé jaderné reakce (neutrony, miony). Zdroje požadované pro vývoj zdrojů laserem urychlených elektronů v rámci výzkumného programu "Urychlování elektronů pomocí laseru" navíc podpoří výzkumné programy tohoto projektu jako FLAX (zdroje rentgenového a gama záření), LUIS (beamline laseru na volných elektronech XFEL), MBMS (aplikace sekundárních zdrojů), Hi2LMI (diagnostika hustého plazmatu a exotická fyzika).

V rámci projektu ze zaměříme na určité oblasti vývoje, které významně vylepší vědecké a technologické možnosti ELI-Beamlines  v  oblasti urychlování elektronů na vysokou energii. Chceme implementovat pokročilé experimentální konfigurace, které v centru ELI-Beamlines nejsou nyní pokryty. Hlavní cíle tohoto výzkumného projektu jsou:

  1. návrh a implementace nových pokročilých schémat urychlování elektronů laserem zaměřených na vylepšení stability a navýšení energie;
  2. vývoj pokročilých experimentálních konfigurací (vč. diagnostiky a terčové oblasti) pro plnou kontrolu "laser-elektronového srážeče" pro využití jak v základním výzkumu, tak při generování sekundárních zdrojů (záření gama, rentgenové záření, neutrony, miony) a jejich kombinací v rámci dostupných svazků částic pro multidisciplinární aplikace v existujících uživatelských koncových stanicích.

Vedoucí programu: Tadzio Levato
Koordinátoři program: Victor Malka, Dino Jaroszynski, Giannini Vincenzo

Výzkumný program VIII: Molekulární, bio-medicínská a materiálová věda (MBMS)

Výzkumný program pro materiálovou, bio-medicínskou a materiálovou vědu (MBMS) vylepší a rozvine vědecké koncové stanice ELI Beamlines pro studium elektronové a molekulární dynamiky, koherentního difrakčního zobrazování a interakcí mezi elektronovými, magnetickými, optickými a strukturními vlastnostmi nových pokročilých materiálů. Tato vylepšení umožní unikátní experimentální dispozice založené na kombinaci synchronizovaných pulzních zdrojů světla, pokrývajících široký rozsah elektromagnetického spektra (od THz vln po tvrdé rentgenové záření). Výzkumný program MBMS se také aktivně zúčastní výzkumu na hlavních mezinárodních uživatelských zařízeních, jakými jsou synchrotrony a rentgenové lasery na volných elektronech (XFEL), a bude rozvíjet aktivní spolupráci s předními mezinárodními výzkumnými laboratořemi.

Vedoucí programu: Jacob Andreasson

Výzkumný program IX: Hí2LMI (High intensity and high-energy laser-matter interaction)

Vědecký program zabývající se vysokými intenzitami a vysokými energiemi se na ELI-Beamlines provádí především v platformě pro plazmovou fyziku (Plasma physics platform, P3) v experimentální hale E3 a je v kompetenci experimentálních skupin R5 a R6. P3 je unikátní technologická infrastruktura pro výzkum interkace laseru s pevnou látkou při vysokých intenzitách a vysokých energiích,  která nabízí několik synchronizovaných laserových svazků. Experimentálně a technologicky je tato paltforma směřována k fungování jako první 10 PW instalace na světě. S touto intenzitou lze zkoumat nový režim fyziky, kde převládá efekt radiation-reaction, generace pozitron-elektronových párů a produkce gamma záření. Tato platforma se ale zabývá také fyzikou vysoké hustoty energie, a to za pomoci stejného laseru ale bez finální komprese. Kombinace tohoto laseru s novými unikátními diagnostickými nástroji pomůže s pochopením teplé husté hmoty (Warm Dense Matter, WDM) a laboratorní astrofyziky. Pro zkoumání těchto nových režimů optimalizovaným způsobem a s výrazně vyšším potenciálem jako uživatelské laboratoře je v tomto výzkumném programu navrhován upgrade této 10 PW instalace. Je zde velmi silná synergie mezi skupinou R5 která připravuje a provádí experimenty a skupinou R6 zabývající se teorií a simulacemi, které jsou oboje pod stejným vedením. Tato synergie poskytuje vstupy a podporu pro budoucí experimenty.

Nelinearita a složitost interakčních procesů totiž vyžaduje širokou teoretickou podporu. Úspěch experimentálního programu je tedy úzce spjat se simulacemi závislými na místním vysoce výkoném výpočetním středisku.

Vedoucí programu: Stefan Weber