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

Ultrakrátké laserové pulsy: rekordní výkon ELI: První laser exawattové třídy na světě (EW = 1018 W) Fundamentální výzkum v ultrarelativistém režimu interakce laseru s hmotou Aplikace v materiálovém výzkumu, medicínském výzkumu, biologii, atd. Světelný puls ELI: intenzita v ohnisku >5x1024 Wcm-2 5 femtosekund = 5x10-15 s Rentgenové záření UV záření Gama záření Elektrony Protony Nabité částice Délka pulsu v prostoru = 1.5 µm ELI = Slunce vyzařující veškerý svůj výkon (4x1026 W) z plochy cca 10x10 cm Femtosekundové lasery: revolučně nové zdroje částic a rtg záření

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

Kontext projektu ELI a harmonogram ELI: jeden z projektů Roadmap ESFRI (European Strategic Forum for Research Infrastuctures) Časový horizont: 2008 – 2010 Přípravná fáze ELI-PP (Preparatory Phase) Březen 2008 AVČR vyjadřuje podporu záměru umístění ELI v ČR Srpen 2008 Hodnocení velkých projektů OP VaVPI: MŠMT zařazuje záměr výstavby ELI v ČR do pásma I (projekt obzvláště slibný z hlediska přínosů pro ČR) 20.září 2008 MŠMT zasílá přihlášku s kandidaturou ČR na umístění ELI (další kandidáti: Francie, Velká Británie, Maďarsko, Rumunsko) Říjen 2008 Dohoda FZÚ AVČR s hejtmanem Středočeského kraje o podpoře ELI Listopad 2008 Vláda ČR oficiálně vyjadřuje projektu ELI podporu (usnesení 1514/08) 2.polovina 2009 Rozhodnutí EK/EU o hostitelské zemi polovina 2010 Kompletace “stavebních plánů” (TDR -Technical Design Report) 2011 - 2014 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

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 1 2

Navržené umístění centra ELI Dvě kandidátní místa Středočeský kraj 1. Dolní Břežany (5.5 ha) 2. Hodkovice (6 ha) Pozn. - Geologický průzkum ELI + budoucí technologický park Projekt vývojového centra HiLASE v Břežanech 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

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 50-100 J/ 5-50 fs @10 Hz Power amps using advanced flashlamp (possibly ILE-derivative) pumping

Technologie repetičních laserů (10 Hz - kHz) DPSSL: diode-pumped solid state lasers Thin disk technology Gas-cooled multislab 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

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

Multi-diskový repetiční zesilovač LLNL, RAL Concept for 1 kJ Amplifier (K.Ertel, J.Collier, RAL) (cold) He Gas Window Pump + Extraction Pump + Extraction Ceramic Yb:YAG Proposed geometry, similar to Mercury (LLNL) Beam size 14 x 14 cm2  5 J/cm2 2 Amplifier heads

Směry výzkumu v infrastruktuře ELI Infrastruktura k základnímu a aplikovanému výzkumu: Nové generace kompaktních urychlovačů částic (elektrony, protony, ionty) Fotonové svazky (VIS, rtg, g) s délkou pulsu as – fs (10-18 – 10-15 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.)

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 1) Monochromatické elektronové svazky s laditelnou energií Ekin=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 Ekin= 10 až 200 MeV, pulsy o délce 10-100 fs 4) Širokopásmové zdroje rtg záření Pásmo 1-10 keV (plazmový betatron), 10-30 keV (spontánní emise, K-hrany)

Intenzivní lasery a vývoj nových technologií 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 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)

Přínos ELI pro ČR Středočeský kraj je vhodným kandidátem - Odborné zázemí: VŠ a výzkumné ústavy - Dostupnost: mezinárodní letiště, D1, D5, D8, budoucí D3 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 Regionální přínos - Desítky pracovních příležitostí - Přítomnost vysoce kvalifikovaného personálu (200-300 osob) - Technologický park