ELI (Extreme Light Infrastructure): projekt nejvýkonnějšího laseru na světě pro výzkum a vývoj technologií Mezinárodní projekt ČR kandidátem na umístění ELI

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 ultrarelativistém režimu interakce laseru s hmotou Aplikace v materiálovém výzkumu, medicínském výzkumu, biologii, atd.

Začlenění ČR v Přípravné fázi projektu Nejsilnější lasery třídy kJ ČR je členem sdružení LaserLab Europe Země zúčastněné na Přípravné fázi RakouskoItálie* BelgieLotyšsko BulharskoPolsko Česká republika*Portugalsko* Francie*Rumunsko Německo*Španělsko* Řecko*Holandsko MaďarskoVelká 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

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

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

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

Pozn. - Geologický průzkum - ELI + budoucí technologický park - Projekt vývojového centra HiLASE v Břežanech Navržené umístění centra ELI Dvě kandidátní místa Středočeský kraj 1. Dolní Břežany (5.5 ha) 2. Hodkovice (6 ha) Pozn: Snadný přístup (max. 20 min jízdy) z letiště po budovaném vnějším okruhu Napojení na dálniční síť (D1, D5, D8, budoucí D3) Synergie s projektem biotechnologického centra BIOCEV ve Vestci

Konstrukčně architektonická studie ELI-CZ

Project Manager Administrative and Finance Manager Deputy (duty) Project Manager User council LEGAL COMMUNICATION SITE LASER HUMAN RESSOURCES SITE IMPLEMENTATION Management chart – preliminary version FINANCE BUILDING BEAM LINES International advisory board Scientific Manager STEERING COMMITTEE OF ELI-CZ MSMT Funding Agency 2,.. ELI Building Manager and Site Developer TARGETRY SITE INFRASTRUCTURE SECURITY

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

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

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

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

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

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), <fs pulsy c) až 50 keV (“stolní” XFEL =injekce relativistického e- svazku do undulátoru) 3) Monochromatické protonové svazky E kin = 10 až 200 MeV, pulsy o délce fs 4) Širokopásmové zdroje rtg záření Pásmo 1-10 keV (plazmový betatron), keV (spontánní emise, K-hrany) Fs lasery: nové zdroje částic a rtg záření Fokusováním pulsů Ti:safírového laseru do plynové trysky, na pevnolátkovou fólii nebo na povrch pevného terče lze generovat sekundární zdroje částic a rentgenového záření o super-vysokém jasu a délce pulsu fs až stovky fs -> v blízké budoucnosti se stanou realitou “stolní urychlovače”, “stolní synchrotrony” atd. -> rozsáhlé možnosti zcela nových vědeckých a technologických aplikací

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

Přínos ELI pro ČR Prestižní mezinárodní výzkumné centrum - Zvýšení viditelnosti ČR ve výzkumu a oboru vyspělých technologií - Výchova nové vědecké a “technologické” generace Příležitost pro český high-tech průmysl - Samostatné kontrakty nebo joint-ventures se zahr. firmami - Optoelektronika, lasery, lékařská technika, vakuová technika Středočeský kraj je vhodným kandidátem - Odborné zázemí: VŠ a výzkumné ústavy - Dostupnost: mezinárodní letiště, D1, D5, D8, budoucí D3 Regionální přínos - Desítky pracovních příležitostí - Přítomnost vysoce kvalifikovaného personálu ( osob) - Technologický park

Pracovní skupiny Konsorcia ELI-CZ návrh 1. Příprava národního programu základního vědeckého výzkumu v infrastruktuře ELI 2. Příprava projektů aplikovaného výzkumu v infrastruktuře ELI 3. Technologický vývoj a účast průmyslu při stavbě ELI 4. Studentské programy 5. Propagace projektu výstavby ELI v ČR