Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

ELI: projekt nejvýkonnějšího laseru na světě pro fyzikální výzkum a vývoj technologií Mezinárodní projekt ČR kandidátem na umístění ELI.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "ELI: projekt nejvýkonnějšího laseru na světě pro fyzikální výzkum a vývoj technologií Mezinárodní projekt ČR kandidátem na umístění ELI."— Transkript prezentace:

1 ELI: projekt nejvýkonnějšího laseru na světě pro fyzikální výzkum a vývoj technologií Mezinárodní projekt ČR kandidátem na umístění ELI

2 ELI: intenzita v ohnisku >5x10 24 Wcm -2 ELI = Slunce vyzařující veškerý svůj výkon (4x10 26 W) z plochy cca 10x10 cm Ultrakrátké laserové pulsy: rekordní výkon ELI: První laser exawattové třídy na světě (EW = W) Femtosekundové lasery: revolučně nové zdroje částic a rtg záření Světelný puls 5 femtosekund = 5x s Délka pulsu v prostoru = 1.5 µm Elektrony Protony Nabité částice Rentgenové záření UV záření Gama záření Fundamentální výzkum v ultrarelativistickém režimu interakce laseru s hmotou Aplikace v materiálovém výzkumu, medicínském výzkumu, biologii, atd.

3 Začlenění ČR v Přípravné fázi projektu Nejsilnější lasery třídy kJ ČR je členem sdružení LaserLab Europe Země zúčastněné na Přípravné fázi BulharskoLotyšsko Česká republika*Polsko Francie*Portugalsko* Německo*Rumunsko Řecko*Španělsko* MaďarskoHolandsko Itálie* Velká Británie* * Řízení WP (Work Package) - ČR má tradici ve vývoji a technologii laserů - spolupráce AV a VŠ - spolupráce výzkum-firmy - ČR je respektovaným partnerem v evropských laserových projektech Partneři projektu: USA, Japonsko, Jižní Korea

4 Kontext projektu ELI a současný stav ELI je jeden z projektů ESFRI Roadmap Výzkumné a technické zaměření projektu připravováno od roku 2005 Koordinátor CNRS Francie 2007 vybrán EC k financování Přípravné fáze jako nejlépe hodnocený projekt ve své třídě Časový horizont: 2008 – 2010V běhu je Přípravná fáze ELI-PP (Preparatory Phase) 2009Výběr hostitelské země ELI polovina 2010Kompletace “stavebních plánů” (TDR -Technical Design Report) 2011 – 2014Stavba, uvádění do provozu Investiční náklady na stavbu ELI:260 miliónů Euro ČR oficiálně podala přihlášku o hostování ELI 20.září 2008 ELI bude laboratoř s mezinárodním statutem Provozní náklady ELI budou až z 80% pokryty účastnickými zeměmi

5 Koncepce laboratoře ELI Časopisy Science 2005, Nature 2007: “20 fundamentálních vědeckých otázek zodpověditelných pomocí ELI” (kvantová fyzika, kvantová elektrodynamika, kosmologie, fyzika částic) Aplikace, technologie: - vývoj nových materiálů - kompaktní “table-top” urychlovače částic, kompaktní zdroje rtg a  -záření - zobrazování biologických a molekulárních struktur s rozlišením s - vývoj kompaktní hadronové terapie, rtg radiografie s mikronovým rozlišením

6 Možný vzhled centra ELI v ČR Laserová & technologická část Admin.část Celkové rozměry cca 120 x 140 m Umístění: Středočeský kraj, v blízkosti obce Hodkovice-Zlatníky

7 Infrastruktura k základnímu a aplikovanému výzkumu: - Nové generace kompaktních urychlovačů částic (elektrony, protony, ionty) - Fotonové svazky (VIS, rtg,  ) s délkou pulsu as – fs ( – s) - Vývoj kompaktní hadronové terapie - Testování základních fyzikálních konceptů nelineární kvantové elektrodynamiky (rozptyl foton-foton, polarizace vakua, Schwingerův limit, Unruhovo pole, atd…) - Zkoumání materiálů v ultraintenzivních radiačních polích - Jaderné technologie (deaktivace odpadu laserem indukovanými částicovými svazky atd.) Směry výzkumu v infrastruktuře ELI

8 1) Monochromatické elektronové svazky s laditelnou energií E kin =10 MeV až 10 GeV, náboj >50 pC v pulsech o délce ~10 fs 2) Monochromatické laditelné zdroje rentgenového záření a) rtg lasery (50 eV až 300 eV), ps pulsy b) generace vyšších harmonických frekvencí (20 eV až 5 keV), v blízké budoucnosti se stanou realitou “stolní urychlovače”, “stolní synchrotrony” atd. -> rozsáhlé možnosti zcela nových vědeckých a technologických aplikací

9 Relativistic Ultra Relativistic Režimy interakce laserů s hmotou Relativistický režim: I >10 18 Wcm -2 Ultrarelativistický režim: I >10 24 Wcm I (W/cm 2 ) 2015 GeV electrons GeV protons CPA a = 1 a = eA/mc 2

10 Elektrony plazmatu jsou odvrženy ponderomotorickou silou stranou směru šíření laserového pulsu a vytvářejí nábojovou “bublinu”, uvnitř které je generováno podélné elektrické pole: toto pole urychluje shluk elektronů uvnitř “bubliny” Analogie: surfař na vysoké vlně Experimentální uspořádání: Číslo 431, září 2004 Elektrony odvržené ze směru pulsu hustota elektronů Laser Monoenergetické relativistické e- svazky

11 W.P.Leemans et al, Lawrence Berkeley National Laboratory (Nature, 2006) Laserem generovaný e - puls: 1 GeV Prostorově-energetické spektrum: úzce kolimovaný monoenergetický svazek

12 Generace pozitronů v laserem 10 7 positrons/shot C. Gahn et al. Appl. Phys. Lett., 77, 2662(2000)

13 20 eV až 5 keV XUV pulsy o délce << fs ! (současný rekord: 110 as) G.Tsakiris, MPQ Mnichov (2005) Generace attosekundových pulsů HHG na povrchu pevného terče

14 XUV lasery: zesílení HHG v plazmatu Argon cell Prepulse Ps pump pulse Target HHG seed pulse Amplified X-ray laser J.J. Rocca, University of Colorado (2006) 50 eV až 300 eV, pulsy o délce ~ps Wavelength (nm)

15 Monochromatické zdroje rtg záření ( keV) A.Rousse, LOA Paříž (2006) „Stolní“ rtg laser na volných elektronech (stolní XFEL): GeV elektronový svazek generovaný laserem je injektován do undulátoru o délce několik desítek cm -> monochromatický ultraintenzivní svazek keV, délka pulsu ~fs - Vývoj v USA, Británii, Německu, Francii - Je jedním předmětů EU Roadmap projektu ELI (Extreme Light Infrastructure) Ultrakrátké pulsy + dostupnost: Potenciál zcela zrevolucionalizovat obor laboratorních rentgenových zdrojů a jejich aplikací Potenciál zcela zrevolucionalizovat obor laboratorních rentgenových zdrojů a jejich aplikací ! - nová medicínská diagnostika - nové metody radioterapie nádorů - strukturální mikrobiologie (DNA, proteiny) - mikroelektronika - vývoj nových materiálů

16 Laserová generace protonových svazků Princip: Relativistický elektronový svazek (nemonochromatický) generovaný průchodem fs laserového pulsu tenkou fólií (např. Au) “vytahuje” elektrostatickým polem protony z povrchu fólie Laserový puls Fólie Elektrony Protony Ukázka: (energetické spektrum) Ions Electrons Ultra-intenzivní protonové pulsy: až protonů/puls

17 Aplikace p+ svazků generovaných fs lasery Pikosekundové protonové pulsy dostupné “na stole ” s 10-Hz opakovací frekvencí nejspíše přinesou zásadní inovace, např. : - široce aplikovatelná protonová terapie pro léčbu zhoubných nádorů = kvalitativní inovace v radioterapii - produkce speciálních radioizotopů pro lékařskou diagnostiku, rozšíření dostupnosti PET (produkce izotopů s krátkou dobou života) - jaderné inženýrství, potenciálně revoluční možnosti zpracování vyhořelého jaderného paliva (=“deaktivace” izotopů protonovým urychlovačem) - materiálové inženýrství

18 Širokopásmové zdroje rtg záření Princip “plazmového betatronu” : Aplikace: - materiálový výzkum (strukturní analýza) - molekulární biologie (difrakční analýza rychlých dynamických procesů) - ultrarychlá difraktometrie Laditelný širokopásmový zdroj rtg záření, experimentálně demonstrováno spektrum 1 až 6 keV (generace 10 8 fotonů), délka pulsu ~10 fs A. Rousse et al, Phys. Rev. Lett. 93 (2004) Na elektrony zachycené/urychlované za šířícím se fs laserovým pulsem působí příčné elektrické pole laserové vlny: -> elektrony vykonávají periodické oscilace jako v betatronu a dopředně vyzařují kužel rtg záření

19 Účast českých firem Delong Instruments a.s. (Brno) Crytur s.r.o. (Turnov) Vakuum Praha s.r.o. Neovision s.r.o. (Prague) Rigaku-Reflex RITE (Praha) Foton s.r.o. (Nová Paka) Meopta s.r.o. (Přerov) ON Semiconductor (Rožnov) Laserové materiály a technologie Kompaktní zdroje částic a záření Nové diagnostické systémy pro medicínu Femtosekundová holografie molekul Nanotechnologie a mikrotechnologie Rentgenová optika, mikrooptika Robotické systémy Vakuové technologie 3D počítačové vidění Elektronické a řídící systémy Intenzivní lasery a vývoj nových technologií

20 Přínos ELI pro ČR a regionální rozvoj Prestižní mezinárodní výzkumné centrum - Zvýšení viditelnosti ČR ve výzkumu a oboru vyspělých technologií - V ČR budou produkovány zásadní vědecké výsledky - Výchova nové vědecké a “technologické” generace Příležitost pro český high-tech průmysl - Samostatné kontrakty nebo joint-ventures se zahr. firmami - Optoelektronika, lasery pro průmysl, lékařská technika, vakuová technika Středočeský kraj je ideálním kandidátem - Odborné zázemí: pražské VŠ a výzkumné ústavy - Dostupnost: mezinárodní letiště, D1, D5, budoucí D3 Regionální přínos - Desítky pracovních příležitostí - Přítomnost vysoce kvalifikovaného personálu ( osob) - Technologický park


Stáhnout ppt "ELI: projekt nejvýkonnějšího laseru na světě pro fyzikální výzkum a vývoj technologií Mezinárodní projekt ČR kandidátem na umístění ELI."

Podobné prezentace


Reklamy Google