Wykład podczas wystawy w ramach Festiwalu Nauki Projekt ESFRI Extreme Light Infrastructure ELI

Transkrypt

1 Wykład podczas wystawy w ramach Festiwalu Nauki 2010 Projekt ESFRI Extreme Light Infrastructure ELI Dlaczego największe na świecie lasery powstaną w Czechach, na Węgrzech i w Rumunii, a nie w Polsce? Henryk Fiedorowicz Instytut Optoelektroniki Wojskowa Akademia Techniczna Warszawa

2 Plan prezentacji Geneza oraz główne cele projektu ELI, Faza przygotowawcza projektu (Preparatory Phase), Polskie jednostki zaangażowane w realizację projektu ELI, Charakterystyka jednostki koordynujacej udział polskich jednostek, Dorobek publikacyjny polskiego koordynatora projektu, Uzasadnienie udziału polskich jednostek w projekcie oraz wskazanie korzyści wynikających z uczestnictwa, Deklaracja dotycząca zasobów kadrowych, technicznych i finansowych, których zaangażowanie jest planowane w związku z udziałem w projekcie, opinia na temat liczby przyszłych polskich użytkowników infrastruktury ELI, Podobne inicjatywy w Europie (Laserlab Europe II, HiPER), Opinia w sprawie strategicznego znaczenia projektu ELI.

3 ESFRI Projekty laserowe HiPER EuroFEL XFEL 2008 REPORT of the ESFRI Regional Issues Working Group ELI

4 ESFRI Extreme Light Infrastructure ELI on the ESFRI Roadmap Construction costs 400M Operation costs 5OM /year

5 Geneza projektu ELI brak w Europie infrastruktury badawczej w obszarze impulsowych laserów wielkiej mocy o parametrach: τ L 10 fs, I L > Wcm -2, laboratoria w USA, Japonii, Korei i Chinach, udział firm oraz instytucji badawczych z Europy (głównie z Francji) w ich realizacji, laser LMJ we Francji, utworzenie konsorcjum ELI ( ), Gerard Mourou. 50th anniversary of the laser in the City of Light Paris June 2010

6 Geneza projektu ELI Konsorcjum ELI - Gerard Mourou

7 JAPONIA Advanced Photon Research Center, JAEA, Japan

8 JAPONIA Two beams, >20J, 1ps X-ray lasers

9 Główne cele projektu ELI budowa europejskiej infrastruktury badawczej w obszarze impulsowych laserów wielkiej mocy o parametrach: τ L 10 fs, I L > Wcm -2, badania oddziaływania ultrakrótkich impulsów laserowych (fs, as, zs) przy intensywności promieniowania powyżej Wcm -2, generacja strumieni wysokoenergetycznych cząstek naładowanych, wytwarzanie ultrakrótkich impulsów promieniowania rentgenowskiego i skrajnego nadfioletu (EUV),

10 Obszary projektu ELI

11 Schemat lasera ELI FRONT END Early Front End Front End POWER AMPLIFIERS Ampli1 Ampli2 Ampli3 10 Laser BEAMLINES ATTOSECOND SCIENCE 10 mj <10fs 1KHz Ampli 1J <10fs 1KHz 100 mj <10fs 10Hz 2J 15fs 10Hz 30J 15fs 0.1-1Hz 375J 15fs 1shot/mn 10TW 150TW 2PW 25PW 3.5KJ 15fs 1shot/mn 0.23EW 100 m

12 Charakterystyka ELI The most powerful laser worldwide Ultra-relativistic Physic, Cosmology, High Energy Physic 10 independent and fully-synchronized 20 PW lasers. Secondary sources like: Attosecond (10-18 s) to zepttosecond (10-21 s) sources, 100s GeV to TeV electron beams, 100s MeV hadron (proton and ions) beams, X-ray to γ-ray incoherent as well as coherent sources. Open up any pump-probe experiments.

13 ELI Project Web Page

14 Faza przygotowawcza projektu ELI The Extreme Light Infrastructure Preparatory Phase Projekt w ramach 7. PR realizowany w okresie r. Finansowanie przez UE w wysokości 6 mln. Euro od r. Projekt ELI-PP jest realizowany przez konsorcjum składające się z 15 instytucji.

15 Faza przygotowawcza projektu ELI ELI team: 13 countries, 15 beneficiaries Bulgaria, Czech Republic, France, Germany, Greece, Hungary Italy (*2), Lithuania, Poland Portugal, Romania, Spain (*2) United Kingdom Australia, Brazil, Canada, China, Korea, Japan, Russia, USA

16 Struktura projektu ELI-PP WP1 Management WP3 Governance WP3-1: Governance structure of ELI WP3-2: Salary for new emplyes WP3-5: Official language in the ELI facility WP3-8: Plan for managing IP rules WP3-8: Preparation of the access rules to ELI WP4A Strategy on EU large scale facilities WP4A-1: Enlarge of the ELI Community WP7B Secondary sources WP7B-2: Femtosecond X-ray sources WP7B-5 Sources of accelerated protons and ions WP7B-6: Up-grade of the secondary sources WP7C Infrastructure definition, construction and decomissioning WP7C-2: Specification of the targetry WP7C-3: Beam distribution WP8 Transnational networking within the ELI community WP9 International networking

17 Zarządzanie projektem ELI-PP

18 Główne cele projektu ELI-PP Work out every issues required to ensure the financing of ELI by the national Funding Agencies. Precise the user community (size, field of research, countries) Precise the expectation of future users. Completion of the Technical description General and detailed costs of ELI (construction, operation, decommission) Financial plan

19 Pozostałe cele projektu ELI-PP Find the future ELI location. Define the legal structure and solve the foreseen legal aspects. Prepare the ELI governance. Consider the impact to the European R&D fabric. Solve the safety issues. Advertise ELI at the European and international level.

20 Program naukowy projektu ELI

21 Program naukowy projektu ELI

22 Program naukowy projektu ELI ELI: Exawatt Class Laser Four Scientific Pillars Ultra High Field Science: access to the ultra-relativistic regime, ELI will afford new investigations in particle physics, nuclear physics, gravitational physics, nonlinear field theory, ultrahigh-pressure physics, astrophysics and cosmology (to be decided in 2012). Attosecond science: attosecond is naturaly delivered during laser matter interaction at ultrahigh intensities. Snap-shots in the attosecond scale of the electron dynamics in atoms, molecules, plasmas and solids (Hungary). High Energy beam facility: ELI will provide ultra-short energetic particle (>10 GeV) and radiation (up to few MeV) beams produced from compact laser plasma accelerators (Czech Republic). Nuclear Physics: The event of the laser enabled the study of the atomic structure. The ultra high intenty lasers will make make possible the study of the nucleus (Romania).

23 Wybór lokalizacji ELI ELI-PP Steering Committee on its meeting in Prague on the 1 st October: - mandated Hungary to implement the attosecond faculty - mandated Czech Republic to implement the beamline faculty - mandated Romania to implement the photonuclear faculty Decision on hosting country of the high-intensity pillar taken in 2012 Implementation of pillars of ELI on three different sites Three facilities as a part of single infrastructure with single governance: ELI-ERIC (European Research Infrastructure Consortium)

24 Infrastruktury badawcze ELI

25 Projekty infrastruktur badawczych ELI

26 Beamline facility ELI Dolni Brezany Area of future R&D centres south of Prague city, good address Synergy with planned large biotechnology center BIOCEV (at 2 km distance) Favourable geological conditions Enjoyable surroundings: traditional Sunday-trip destination locale of Prague citizens

27 Attosecond facility ELI

28 Nuclear facility ELI

29 More information on ELI Project ELI Web Page SPIE Congress on Optics+Optoelectronics Prague 2011

30 92 pm Udział polskich jednostek w projekcie ELI-PP WP1 Management 3 WP3 Governance 15 WP3-1: Governance structure of ELI WP3-2: Salary for new emplyes WP3-5: Official language in the ELI facility WP3-8: Plan for managing IP rules WP3-8: Preparation of the access rules to ELI WP4A Strategy on EU large scale facilities 10 WP4A-1: Enlarge of the ELI Community WP7B Secondary sources 34 WP7B-2: Femtosecond X-ray sources WP7B-5 Sources of accelerated protons and ions WP7B-6: Up-grade of the secondary sources WP7C Infrastructure definition, construction and decomissioning 20 WP7C-2: Specification of the targetry WP7C-3: Beam distribution WP8 Transnational networking within the ELI community 7 WP9 International networking 3

31 Polskie jednostki w projekcie ELI-PP Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki koordynator Politechnika Wrocławska, Katedra Teorii Pola i Optoelektroniki Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy Centrum Fizyki Teoretycznej Instytut Fizyki PAN Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski, Instytut Fizyki Doświadczalnej Instytut Chemii Fizycznej PAN Uniwersytet Adama Mickiewicza w Poznaniu Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu Politechnika Łódzka Uniwersytet Jagielloński, Wydział Fizyki i Astronomii Solaris Optics S.A. Prevac Sp. z o.o.

32 Institute of Optoelectronics MUT Laser Tradition at MUT He-Ne laser 1963 Ruby laser 1963 CO 2 laser st in Europe application of lasers in medicine interdisciplinary academic research institute at MUT, - mission to support research and education in optoelectronics and lasers, - engaged in research and development in the fields of optical, electrical and mechanical processes, components and systems, - research efforts are integrated with the education mission, - permanent staff of 130 including 70 scientists and 60 engineers and technicians.

33 Institute of Optoelectronics MUT ORGANIZATION STRUCTURE Laser Technology Section Solid State Lasers Group Laser Optics Group Solid State Laser Applications Laser-Matter Interaction Group Optoelectronic Technologies Section Laser Teledetection Group Laser Metrology Group Laser Nanotechnology Group Optical Technologies Group Biochemistry and Spectroscopy Group Optoelectronic Systems Section Quantum Electronics Group Optoelectronic Security Systems Detection of Optical Signals Group Metrology of Infrared Systems Group Thermovision and Thermodetection Section Infrared Systems Group

34 Institute of Optoelectronics MUT LASER-MATTER INTERACTION STUDIES AT IOE - Generation of X-rays and EUV from laser-irradiated gas puff target - Laser-driven X-ray lasers based on a gas puff target - X-ray spectroscopy of highly-charged ions - Processing of polymers using EUV light from laser plasma sources - Arts restoration using laser ablation - Laser generation of nanoparticles - Pulsed laser deposition (PLD) - Laser-induced breakdown spectroscopy - Laser-induced fluorescence spectroscopy - Laser interaction with tissues - Laser ranging and remote detection

35 Institute of Optoelectronics MUT INVOLVEMENT IN ELI-PP WP7B Development of secondary sources Gas puff target approach X-ray generation Appl.Phys.Lett. (1992) Soft X-ray lasers Phys.Rev.Lett. (1996) HH generation Opt. Lett. (2001) Ecole Polytechnique, Palaiseau MPIQ, Garching LLNL, Livermore KAIST, Daejon ILE, Osaka CREOL, Orlando MBI, Berlin Princeton Univ., Princeton AIST, Osaka PALS, Prague Laserlabor, Goetingen APR, Kyoto Seged Univ., Seged Inst. Phys., Beijing laser beam plasma column gas puff target

36 Polska strona internetowa ELI

37 Uzasadnienie udziału polskich jednostek Expected Benefit from ELI - strong increase of interest to laser science technology in Poland, - participation of Polish scientists and engineers in development of an unique laser research infrastructure, - involvement of Polish scientists and students in top level scientific investigations with lasers.

38 Opis planowanego udziału polskich jednostek Udział w projekcie ELI-PP - opracowanie szczegółowej koncepcji infrastruktury, - przygotowanie założeń technicznych, prawnych, administracyjnych i finansowych, - wybór miejsca lokalizacji infrastruktury, - przygotowanie programu badawczego. Udział w projekcie ELI - uczestnictwo w projektowaniu i budowie infrastruktury, - udział w programach badawczych (własnych i konsorcyjnych), - organizacja wspólnych programów edukacyjnych

39 Deklaracja dotycząca zasobów. Deklaracja dotycząca zasobów kadrowych, technicznych i finansowych Obecnie w realizacji projektu ELI-PP bierze udział bezpośrednio 8 osób reprezentujących 5 instytucji, którzy uczestniczyli w kilku spotkaniach poświęconym poszczególnym WP projektu. W następnym roku, po rozpoczęciu prac badawczych, przewiduje się zwiększenie liczby uczestników do osób. Udział polskich jednostek w projekcie ELI-PP jest finansowany obecnie ze środków otrzymanych w ramach 7.PR (przedpłata w wysokości ok. 56 tys. Euro) oraz ze środków własnych jednostek. Opinia na temat liczby przyszłych polskich użytkowników ELI Poza jednostkami uczestniczącymi w projekcie ELI-PP istnieje w Polsce kilka ośrodków badawczych (uniwersyteckich i PAN), które prowadzą prace badawcze w obszarze tematycznym ELI. Szacunkowa liczba naukowców pracujących w tym zakresie jest rzędu 100.

40 Podobne inicjatywy w Europie HiPER High Power Laser Energy Research Facility

41 Strategiczne znaczenie inicjatywy - rozwój technologii fotonicznych i optoelektroniki w Polsce, - udział polskich zespołów naukowych i przedsiębiorstw produkcyjnych działających w obszarze techniki laserowej w projektowaniu i budowie najnowocześniejszego lasera na świecie, - udział polskich naukowców w badaniach w zakresie oddziaływania supersilnych pól elektromagnetycznych, generacji ultrakrótkich impulsów laserowych, generacji promieniowania krótkofalowego oraz wysokoenergetycznych strumieni cząstek naładowanych.

42 Podsumowanie Dlaczego największe lasery na świecie powstaną w Czechach, na Węgrzech i w Rumunii, a nie w Polsce?