Opis ogólny projektu. Mariusz Lejman Extreme light infrastructure

Transkrypt

1

2 Opis ogólny projektu W projekcie bierze udział około o 40 instytucji badawczych i akademickich z 13 krajów Unii Europejskiej Finansowanie projektu z Komisji Europejskiej na poziomie 700mln euro Lokalizacja-Europa wschodnia (Czechy, Węgry, Rumunia, jedna do zadecydowania) 2

3 Opis naukowy projektu Infrastruktura poświ więcona podstawowym badaniom oddziaływania materii ze światłem laserowym o nieosiąganych dotąd d natęŝ ęŝeniach 3

4 Opis naukowy projektu NatęŜ ęŝenia wytwarzanego światła laserowego osiągn gną reŝim ultra- relatywistyczny (I L >10 23 W/cm 2 ) Osiągni gnięta moc ma dochodzić do 200PW Czas trwania impulsów w ma być rzędu attosekund

5 Postęp w rozwoju mocy laserowych

6 MoŜliwe obszary nowych badań Fizyka cząstek elementarnych Fizyka jądrowaj Nieliniowa teoria pola Fizyka ultra-wysokich ciśnie nień Astrofizyka i kosmologia 6

7 Czechy (Praga) Instalacja wiązki Filar projektu ELI, który skupi się na dostarczaniu ultrakrótkich tkich impulsów energetycznych cząstek (10GeV), oraz promieniowania (do kilku MeV) wytworzonych z akceleratora plazmy laserowej 7

8 Wizualizacja obiektu w Pradze 8

9 Węgry (Szeged) Instalacja attosekundowa Będzie poświ więcona ekstremalnie szybkiej dynamice poprzez wykonywanie fotografii w skali attosekundowej dynamiki elektronów w w atomach, molekułach, plazmie, oraz ciałach ach stałych (kryształach) ach) 9

10 Wizualizacja obiektu w Szeged 10

11 Rumunia (Magurele( Magurele) Instalacja dla fizyki jądrowejj Filar ELI, który skupi się na fizyce jądrowej j opartej na laserze. Przewidziane jest intensywne źródło o promieniowania gamma otrzymywanego przez sprzęŝ ęŝenie akceleratora cząstek wysokoenergetycznych z laserem wysokiej mocy 11

12 Wizualizacja obiektu w Magurele 12

13 Czwarta lokalizacja Instalacja ultra-silnego pola Decyzja o wyborze lokalizacji nastąpi w przyszłym ym roku MoŜe e to być w jednym z trzech ośrodko rodków, lub w innym kraju Będzie tam zainstalowana największa moc lasera zaleŝna od bieŝą Ŝącego rozwoju techniki laserowej Dzięki temu będzie b moŝna badać oddziaływania materii ze światłem laserowym w obszarze energii, w którym prawa relatywistyczne mogą przestać być spełniane 13

14 Laboratorium wyspecjalizowane w badaniu plazmy powstałej w oddziaływaniu światła laserowego z materią

15 Badania naukowe i zastosowania Nauka attosekundowa badanie dynamiki elektronów w w materii w skalach attosekund Wtórne promieniowanie (drugiego rzędu) źródła a protonów, elektronów, promieniowania gamma i innych cząstek (moŝliwe zastosowania w terapii hadronowej i obrazowaniu medycznym) Fizyka silnych pól p badania próŝni kwantowej i kwantowej dynamiki 15

16 Attonauka Niedawna rewolucja w technologii laserowej otworzyła drzwi do generacji błyskówświatła mogących zamrozić ultraszybki ruch elektronóww atomach i molekułach ach. Nasza zdolność powtarzalnej generacji i pomiaru błyskówświtła o attosekundowej długości oznacza początek nowej ery w badaniu ruchu w mikroświecie wiecie- ery attonauki. Attosekunda (10-18s) 18s) stanowi naturalną skalę w ruchu elektronów w atomowej skali. Ruch ten podlega teraz kontroli w czasie rzeczywistym. 16

17 Nauka attosekundowa Bezpośrednio w czasie rzeczywistym dostęp p do ruchu elektronów w w skali atomowej, oraz do oscylacji światła a widzialnego Zakres badań od wewnątrzatomowych procesów w do ruchu elektronów w w złoŝonych z onych biomolekułach ach,, od dynamiki w klastrach do transferu elektronów w na powierzchniach, od ruchu elektronów w w półprzewodnikowych p przewodnikowych nanostrukturach do zbiorowej dynamiki w materii wysokiej gęstog stości 17

18 ALS attosekundoweźródło światła Ma przerastać pod względem czasowo uśrednionej jasności o kilka rzędów w wielkości obecne źródła, a impulsy mają być kilka rzędów w wielkości krótsze Wytworzy polichromatyczne światło o o czasie trwania impulsu kilkadziesiąt attosekund Idealnie uzupełni XFEL (monochromatyczny impuls 100fs) budowany w Hamburgu dopasowany do badań strukturalnej dynamiki materii w czasie rzeczywistym 18

19 Schemat generacji impulsu attosekundowego uŝywając harmoniczne z przegęszczonej plazmy 19

20 Mechanizm wytworzenia impulsów Relatywistyczne harmoniczne sąs sposobem wytworzenia wydajnych impulsów attosekundowych Oddziaływanie intensywnego impulsu laserowego z przegęszczon szczoną plazmą pozwala na wytworzenie impulsów w poprzez fazowo-zamkni zamknięte harmoniczne (silnie anharmoniczny ruch elektronów w na granicy tarcza-pr próŝnia) 20

21 Attosekundowe impulsy utworzone przez odpowiednie filtry 21

22 MoŜliwe badania i eksperymenty Obserwacja w czasie rzeczywistym wewnątrzatowowej dynamiki elektronowej (atomowa jednostka czasu wynosi 24as) Attosekundowe eksperymenty pump-probe probe pozwolą badać wielokanałowe owe kaskady relaksacji atomów wzbudzonych w wewnętrznych powłokach, okach, czasy oddziaływa ywań międzyelektronowych dzyelektronowych,, oraz wpływ ultra-silnego pola na te dynamiki (atom He) Czasowa ewolucja obsadzenia wewnętrznych powłok ok w obecności ci silnego zewnętrznego pola będzie po raz pierwszy dostepna eksperymentalnie 22

23 MoŜliwe badania i eksperymenty Kontrola i obserwcja w czasie rzeczywistym dynamiki elektronowej w molekułach i klasterach (np.. badanie rezonansów w kolektywnych wzbudzeń 240 zdelokalizowanych elektronów w w molekule C 60 z czasem Ŝycia rzędu femtosekundy,, badanie migracji ładunku w biomolekułach ach) Badanie transferu elektronów w z powierzchni o silniejszych oddziaływaniach kowalencyjnych Czterowymiarowa mikroskopia dynamiki elektronowej z nanometrową rozdzielczości cią w przestrzeni i attosekundową w czasie 23

24 Generacja impulsów w cząstek Za pomocą ultrakrótkich tkich impulsów w laserowych o silnym natęŝ ęŝeniu skupionych na specjalnej tarczy moŝna wytworzyć promieniowanie (X, X,gamma), oraz wysokoenergetyczne cząstki (jony, protony, elektrony) Niezwykle silne pola ekekryczneo wartościach przekraczających cych 1TV/m Rozmiar źródła a mniejszy o kilka rzędów wielkości od konwencjonalnego Długość impulsu cząstek i jasność sprawia, Ŝe są unikalne i inne od konwencjonalnych źródeł 24

25 Akceleracja elektronów Laser Wake Field Acceleration (LWFA) LWFA)-pracuje dla impulsów w krótszych niŝ długość fali plazmy Elektrony sąs przyspieszane do relatywistycznych energii (czynnik gamma ) 1000) z duŝą wydajności cią Osiągany jest kwazienergertyczny (do 175MeV) impuls elektronów w o wysokim ładunku (0,5nC), rozbieŝno ności kilku miliradianów,, oraz czasie trwania ok. 10fs Parametry powstałego impulsu silnie zaleŝą od impulsu lasera, oraz parametrów w tarczy Planowane jest osiągni gnięcie energii powyŝej 1GeV 25

26 Akceleracja protonów Dwuwarstwowa tarcza wykonana z materiału u o wysokiej liczbie atomowej (np( np.. złoto) z pokrytego warstwą zawierającą atomy wodoru Przy uŝyciu u bieŝą Ŝącej technologii laserowej (1PW) moŝna uzyskać monoenergetyczną wiązk zkę protonów w o energi do 200MeV MoŜna jąj wykorzystać do terapii protonowej (redukcja skalii, łatwiejsza orientacja wiązki, mniejsze koszty), oraz produkcji krótko tkoŝyciowych radioizotopów w dla PET W drugim stadium projektu dla laserów w o mocy do 100PW moŝliwa będziegeneracja protonów w o energiach kilku Gev 26

27 Generacja promieniowania X Promieniowanie X moŝna wytworzyć ogniskując intensywny impuls femtosekundowy na pęku p relatywistycznych elektronów w dzięki mechanizmowi rozpraszania Comptona 27

28 Zastosowania w terapii hadronowej Wiązki hadronowe (protony, jony węgla) mają odwrotny profil wgłębny, przez co mogą dostarczyć większej dawki chorej tkance połoŝonej w głębi, niŝ zdrowej na powierzchni

29 Zastosowania w terapii hadronowej Energia jonów musi mieć odpowiednią wartość, by wiązka była uŝyteczna, stąd potrzebne są odpowiednie natęŝenia wiązki laserowej

30 Zastosowania w fizyce jądrowej NatęŜenia wiązki laserowej wystarczające do zainicjowania niskoenergetycznych reakcji jądrowych MoŜliwość wzbudzania jądrowych poziomów energetycznych i wymuszania charakterystycznej emisji promieni gamma Zmiana jądrowych czasów Ŝycia, dzięki czemu moŝliwość neutralizacji niektórych szkodliwych izotopów z reaktorów jądrowych

31 Fizyka silnych pól Badanie rozpraszania fotonu na fotonieefektu przewidzianego w kwantowej elektrodynamice powstałego wskutek kreacji pary elektron-pozyton w próŝni

32 Literatura Mariusz Lejman Extreme light infrastructure 32

33 Zapraszam do dyskusji Mariusz Lejman Extreme light infrastructure 33