Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

ELI-CZ Programy základního výzkumu a aplikací ELI-CZ Programy základního výzkumu a aplikací 2. schůze Konsorcia ELI-CZ 31. března 2009.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "ELI-CZ Programy základního výzkumu a aplikací ELI-CZ Programy základního výzkumu a aplikací 2. schůze Konsorcia ELI-CZ 31. března 2009."— Transkript prezentace:

1 ELI-CZ Programy základního výzkumu a aplikací ELI-CZ Programy základního výzkumu a aplikací 2. schůze Konsorcia ELI-CZ 31. března 2009

2 Kontext projektu ELI a harmonogram ELI: jeden z projektů Roadmap ESFRI (European Strategic Forum for Research Infrastuctures) Časový horizont: 2008 – 2010Přípravná fáze ELI-PP (Preparatory Phase) Březen 2008AVČR vyjadřuje podporu záměru umístění ELI v ČR Srpen 2008Hodnocení velkých projektů OP VaVPI: MŠMT zařazuje záměr výstavby ELI v ČR do pásma I (projekt obzvláště slibný z hlediska přínosů pro ČR) 20.září 2008MŠMT zasílá přihlášku s kandidaturou ČR na umístění ELI (další kandidáti: Francie, Velká Británie, Maďarsko, Rumunsko) Říjen 2008Dohoda FZÚ AVČR s hejtmanem Středočeského kraje o podpoře ELI Listopad 2008Vláda ČR oficiálně vyjadřuje projektu ELI podporu (usnesení 1514/08) 2.polovina 2009Rozhodnutí EK/EU o hostitelské zemi polovina 2010Kompletace “stavebních plánů” (TDR -Technical Design Report) Stavba, uvádění do provozu Investiční náklady:260 miliónů Euro ELI bude výzkumné centrum s mezinárodním statutem (ECRI): Provozní náklady budou z velké části (až 80%) pokrývány účastnickými zeměmi

3 ELI Preparatory Phase: Work Package structure WP1Management MGTCNRS (F) WP2Legal issues SAFORTH (GR) WP3Governance SAUniv. Salamanca (E) WP4AStrategy on EU large-scale facilities SARISSPO (H) WP4BSite choice SASophia Univ. (BG) WP5Finance SACNRS (F) WP6 Safety and radio ‑ protection SASTFC (UK) WP7ALasers RTDIoP-PALS (CZ) WP7BSecondary sources RTDIST Lisbon (PT) WP7CInfrastructures RTDMPQ (D) WP8Trans-national networking COORDINFN (I) WP9International networking / communication COORDIST Lisbon (PT) TypeWP leader

4 Aplikace ultrakrátkých laserových pulsů ELI: základní výzkum, aplikovaný výzkum, vývoj technologií Příklady aplikací - Materiálový výzkum - Femto-chemie: nové zobrazovací techniky pro molekulární studia - Nové diagnostické systémy pro medicínu - Vývoj nových laserových materiálů a technologií - Nové kompaktní zdroje částic a záření - Nanotechnologie a mikrotechnologie - Rentgenová optika, mikrooptika  2

5 Konstrukčně architektonická studie ELI-CZ

6 ELI laser: projektované schéma Front end: PFS derivative and Ti:Sapphire, CEP stabilized, fully DPSSL pumped 2 to 5 beamlines at high rep rate:DPSSL boosters J/ 5-50 Hz Power amps using advanced flashlamp (possibly ILE-derivative) pumping

7 Active mirror Limited thickness Energy scalable up to n x10 J Avoids problems of active mirror Engineering is challenging Energy scalable up to >1 kJ Technologie repetičních laserů (10 Hz - kHz) DPSSL: diode-pumped solid state lasers Thin disk technology Gas-cooled multislab

8 Repetiční laser na bázi tenkého disku MPQ, MBI, Trumf Laser GmbH Parabolic Mirror Transformation optics Yb:YAG-Disk Pump diode Modules P peak = 1.5 kW F = 100 Hz Fiber Multi pass mirror set

9 Multi-diskový repetiční zesilovač LLNL, RAL He Gas (cold) Window Pump + Extraction Pump + Extraction Ceramic Yb:YAG Proposed geometry, similar to Mercury (LLNL) Concept for 1 kJ Amplifier (K.Ertel, J.Collier, RAL) Beam size 14 x 14 cm 2  5 J/cm 2 2 Amplifier heads

10 Attoscience (using ELI front end) ~1J “on target”; kHz; 5 fs CEP locked Based on scaled PFS OPCPA technology (MPQ/MBI) Optimised for primary experimental mission Running independently Several target areas / beamlines Primary Mission Focussed (generation e-, p+, etc) Working spec of 50 J; 10 Hz; <30 fs Initial specifications 15 GeV e-, upgradeable) Ideally pump-probe min per mission “Beamlines / Applications” ELI front end and mid-chain (boosters)

11 Infrastruktura k základnímu a aplikovanému výzkumu: - Nové generace kompaktních urychlovačů částic (elektrony, protony, ionty) - Fotonové svazky (VIS, rtg,  ) s délkou pulsu ~10 as až ~100 fs ( s) - Zdroj pulsního keV rtg záření s ultravysokým jasem (srovnatelný s XFEL) - 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

12 1) Monochromatické elektronové svazky s laditelnou energií E kin =100 MeV až 50 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),

13 Pohyb elektronu v poli intenzivního laseru El + mg pole ve fázi pro v << c Lorentzova síla zanedbatelná pro v  c příspěvek E a B srovnatelný  síla působící na elektron (proton) ve směru šíření laserového pulsu Při I=1x10 18 Wcm -2 je = 2.75x10 12 Vm -1 elektron: pro =800 nm v =0.974 c za ½ cyklu optického pole Při I=1x10 24 Wcm -2 je = 2.75x10 15 Vm -1 proton: pro =800 nm v =0.92 c za ½ cyklu optického pole

14 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

15 W.P.Leemans et al, Lawrence Berkeley National Laboratory (Nature, 2006) Generace 1 GeV elektronů fs laserem (1J/40 fs) Prostorově-energetické spektrum: úzce kolimovaný monoenergetický svazek

16 Výkon laseru Délka pulsu Hustota plazmatu Velikost ohniska Délka urychlování Energie laseru Náboj Energie elektronů Parametry laserem generovaného e- svazku (simulace W. Mori, UCLA) Možnosti generace e - svazků laserem ELI

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

18 Spektrum 20 eV až 5 keV XUV pulsy o délce << fs (současný rekord: 80 as) Rtg pulsy 1-5 keV (potenciálně zdroj o vyšším jasu než XFEL) G.Tsakiris, MPQ Mnichov (2005) Generace attosekundových pulsů HHG na povrchu pevného terče

19 Plazmové XUV lasery čerpané 1J /10 Hz, 40 fs Average power µW Peak brightness > 3 rd generation synchrotron beamlines Highly monochromatic pulses with energy higher than any other tabletop source Gain saturation Colorado State University (2005)

20 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

21 Monochromatické zdroje rtg záření ( keV) photon energy # photons/bunch eV5 keV25 keV spontaneous emission FEL emission 1 2 medical phase-contrast imaging single molecule imaging (6nm → 0.25 nm) femto- chemistry (pump-probe) “femto-slicing”: e.g. ultrafast demagnetization (~ 20 nm) coming soon…. medical absorption imaging (mono-energetic, dual energy) Courtesy F.Grüner, MPQ Garching

22 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

23 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

24 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

25 Pracovní skupiny Konsorcia ELI-CZ návrh 1.“Národní“ programy základního výzkumu Obory využívající sekundární zdroje: a) Biologické aplikace b) Fyzikálně chemické aplikace c) Fyzikální a materiálové aplikace Generace sekundárních zdrojů (rtg, e-, p+) 2. Návrh projektů aplikovaného výzkumu v infrastruktuře ELI 3. Technologický vývoj a účast průmyslu při stavbě ELI 4. Studentské programy


Stáhnout ppt "ELI-CZ Programy základního výzkumu a aplikací ELI-CZ Programy základního výzkumu a aplikací 2. schůze Konsorcia ELI-CZ 31. března 2009."

Podobné prezentace


Reklamy Google