• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nadchodzi nowa klasa laserów dużej mocy

    20.11.2013. 15:58
    opublikowane przez: Redakcja

    W ostatnich latach intensywność laserów wzrosła radykalnie, otwierając zupełnie nowy świat zastosowań. Aby wzmocnić swoją konkurencyjność naukowo-gospodarczą, UE wspomaga nowy, ambitny projekt, w toku którego mają powstać najsilniejsze lasery na świecie i powiązana infrastruktura w trzech państwach europejskich.

    ELI (Extreme Light Infrastructure) to partnerstwo, którego zadaniem jest budowa obiektów: ELI-Beamlines w Czechach, ELI-Attosecond na Węgrzech i ELI-Nuclear Physics w Rumunii.

    "Fundusze na budowę obiektów w Czechach i Rumunii już zostały zatwierdzone. Czekamy na zatwierdzenie projektu węgierskiego, co ma nastąpić niebawem" - informuje profesor Wolfgang Sandner, Dyrektor Generalny i Prezes ELI-DC International Association.

    Profesor fizyki na Uniwersytecie Technicznym w Berlinie, Niemcy, były dyrektor Instytutu im. Maxa Borna również w Berlinie, Sandner jest właściwą osobą do nadzorowania ambitnego, trzyletniego projektu transeuropejskiego.

    Budowa obiektów i zaopatrzenie w główny sprzęt są już dobrze zaawansowane w Czechach i Rumunii, gdzie całkowite nakłady inwestycyjne na budowę mają sięgnąć około 850 mln EUR.

    Infrastruktura rumuńska będzie dysponować niezrównaną mocą 2x10 petawatów (jeden petawat to tryliard watów) i zajmować powierzchnię wielkości dwóch boisk futbolowych. Cała infrastruktura ELI wraz z obiektami ma być gotowa do eksploatacji w 2017 r.

    Lokalizacja czwartego obiektu, gdzie znajdzie się laser o największej intensywności i imponującej mocy 200 petawatów, jeszcze nie została wybrana, ale obiekt ten ma rozpocząć całkowicie nową epokę badań w nauce. Obejmą one nowatorskie prace badawcze w dziedzinie fizyki jądrowej, cząstek elementarnych, grawitacyjnej, ultrawysokich ciśnień i wielkich energii oraz zaawansowanej astrofizyki i kosmologii.

    Ten potężny zestaw zintegrowanych obiektów ma pomóc ELI w opracowaniu i eksploatacji specjalnej klasy laserów, a mianowicie wysokoenergetycznych laserów krótkoimpulsowych.

    "ELI przoduje w tych urządzeniach pod względem technologicznym i naukowym oraz w ich zastosowaniach za pośrednictwem laserów, które przewyższają dostępną obecnie moc czy częstotliwość powtarzania o co najmniej jeden rząd wielkości" - wyjaśnia Sandner.

    Prócz postępu naukowego, korzyści społeczno-gospodarcze zapewniane przez ELI są różnorakie, wynikające głównie z wtórnych źródeł cząstek i fotonów, które będą pozyskiwane z pierwotnych, wysokoenergetycznych laserów ELI. Technologia zaktywizuje na przykład badania materiałoznawcze, w tym nad nowatorskimi materiałami na potrzeby mikrotechnologii, nanotechnologii i fotowoltaiki.

    W innym sektorze, technologia zapewni nowe źródła promieniowania krótkofalowego, takiego jak rentgenowskie i gamma, które znajduje zastosowanie w diagnostyce i terapeutyce medycznej.

    "Rozważamy także zastosowania akcelerowanych laserowo cząstek, jak protony i jony, w przyszłej, udoskonalonej terapii onkologicznej czy materiałoznawstwie - wskazuje Sandner - oraz akcelerowanych elektronów w rozmaitych zastosowaniach naukowo-technologicznych".

    Profesor wyjaśnia także, jak promieniowanie gamma, wytwarzane przez rozpraszanie wsteczne fotonów laserowych z relatywistycznych elektronów, które same pochodzą z tradycyjnych czy nawet laserowych akceleratorów, będzie głównie wykorzystywane w badaniach jądrowych, które znajdą zastosowanie w gospodarce odpadami promieniotwórczymi, diagnostyce materiałowej, badaniach medycznych i w innych dziedzinach.

    W obiekcie rumuńskim będzie można na przykład prowadzić badania nad neutralizacją odpadów promieniotwórczych w odpowiedzi na jedno z największych wyzwań XXI w.

    Konsorcjum czyni postępy, jeżeli chodzi o pierwszy, jak się uznaje, międzynarodowy obiekt badawczy na świecie dla naukowców, którzy w swojej pracy potrzebują laserów.

    "Poczyniony dotąd postęp jest imponujący, mimo pewnych technicznych, administracyjnych i politycznych problemów, z których część została przezwyciężona a część nadal pozostaje do pokonania" - zauważa Sandner.

    Lasery i fotonika są nieodzowne dla społeczeństwa, gospodarki i środowiska, bowiem mogą dopomóc w rozwiązaniu wielu z dzisiejszych poważnych problemów, w tym tych związanych ze zdrowiem, mobilnością, dostawami energii i ochroną środowiska. Są to również priorytetowe zagadnienia "Horyzontu 2020" - programu dofinansowywania badań naukowych przez kolejne siedem lat.

    Prowadzona w ramach projektu budowa jest finansowana z funduszy strukturalnych UE z zamiarem wzmocnienia mniej rozwiniętych regionów i krajów Europy.
    Za: CORDIS


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Laser półprzewodnikowy – nazywany również laserem diodowym lub diodą laserową - laser, którego obszarem czynnym jest półprzewodnik. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n w którym obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny. Są to najbardziej perspektywiczne lasery z punktu widzenia ich zastosowań w fotonice ze względu na małe wymiary, dość wysokie moce, łatwość modulacji prądem sterującym o wysokiej częstotliwości (rzędu gigaherców) i możliwość uzyskania promieniowania od pasma bliskiej podczerwieni (diody laserowe dla telekomunikacji światłowodowej) do skraju fioletowego pasma widzialnego. Ablacja laserowa – proces odparowywania (usuwania) materiału z powierzchni ciała stałego do stanu gazowego lub plazmy z pominięciem stanu ciekłego. Do wywołania ablacji laserowej stosuje się najczęściej lasery krótko impulsowe, proces może zachodzić jednak także przy zastosowaniu laserów do pracy ciągłej, jeśli tylko wiązka promieniowania laserowego ma odpowiednią moc. Laser azotowy - laser gazowy, którego ośrodkiem czynnym jest azot. Jest to laser trójpoziomowy, czyli górny poziom laserowy jest bezpośrednio pompowany. Laser azotowy najsilniej emituje w ultrafiolecie dla długości fali 337,1 nm i pracuje wyłącznie w trybie impulsowym.

    Odwrotne rozpraszanie Comptona - zderzenie elektronu o wysokiej energii z fotonem o niskiej energii, w wyniku którego elektron przekazuje część swojej energii fotonowi. Zjawisko to znajduje praktyczne zastosowanie przy wytwarzaniu wiązek promieniowania o wysokiej energii lub schładzaniu elektronów. W astrofizyce uważa się je za mechanizm powstawania promieniowania X oraz gamma np. po wybuchach supernowych, wskutek zderzeń wysokoenergetycznych elektronów pochodzących z gwiazdy z fotonami mikrofalowego promieniowania tła. Inwersja obsadzeń w mechanice statystycznej – stan układu, w którym liczba cząstek o energii większej jest większa niż cząsteczek o energii niższej. Inwersja obsadzeń jest wykorzystana w działaniu lasera.

    Czujnik fotoelektryczny – czujnik reagujący na zmianę intensywności docierającego do niego strumienia światła. Może być wykorzystywane zarówno światło widzialne jak również podczerwone lub laserowe. W zależności od tego, na jakim elemencie oparta jest budowa czujnika, inna wielkość elektryczna jest zmieniana: Centrum Diagnostyki i Terapii Laserowej PŁ (CDTL PŁ) jest pozawydziałową, samofinansującą się jednostką Politechniki Łódzkiej powołaną do życia w 1994 roku w celu badania oddziaływania światła laserów na organizm ludzki oraz wdrażania nowych metod leczenia z zastosowaniem technik laserowych.

    Napęd Fotonowy (PLT - Photonic Laser Thruster), czyli laserowy napęd fotonowy, uważany dotychczas za niemożliwy do stworzenia i używany tylko w powieściach fantastyczno-naukowych, który dzięki pracy dr Young Bae z Instytutu Bae został zrealizowany praktycznie, dzięki czemu podróże międzygwiezdne mogą stać się rzeczywistością. Wzmacniacz optyczny jest urządzeniem wzmacniającym sygnał optyczny (promieniowanie świetlne) bezpośrednio, bez konwersji na sygnał elektryczny. Podobnie jak laser, wykorzystuje zjawisko emisji wymuszonej w ośrodku czynnym.

    Akcelerator plazmowy jest urządzeniem do przyspieszania naładowanych cząstek, takich jak elektrony, pozytrony i jony, przy wykorzystaniu pola elektrycznego w powiązaniu z falą wytworzoną w plazmie elektronowej. Fala tworzona jest na drodze krótkiego laserowego impulsu światła lub za pomocą impulsu elektronowego przez plazmę. Technika rokuje możliwości budowy akceleratorów cząstek o bardzo dużej wydajności oraz dużo mniejszych rozmiarach, w porównaniu do konwencjonalnych rozwiązań i związanych z nimi kosztów. Obecna wersje eksperymentalne urządzeń wykazują gradient przyspieszenia kilka razy większy niż współcześnie używane akceleratory. Na przykład eksperymentalne urządzenie w Lawrence Berkeley National Laboratory przyspiesza elektrony do 1 GeV na odcinku 3.3 cm, podczas gdy SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) konwencjonalny akcelerator potrzebuje 64 m, aby uzyskać tą samą energię. Podczas ostatnich eksperymentów dokonanych przez zespół SLAC udało się przy wykorzystaniu akceleratora plazmowego typu PWFA osiągnąć energię 42 GeV na odcinku 85 cm.

    Optyczny grzebień częstości to rodzaj promieniowania laserowego, którego widmo składa się z szeregu wielu dobrze wyznaczonych, równoodległych częstości. Optyczny grzebień częstości powstaje, kiedy w laserze impulsów z synchronizacją modów wyeliminuje się fluktuacje częstości powtarzania impulsów oraz zmiany fazy kolejnych impulsów.

    European XFEL: European XFEL (ang. European X-ray Free Electron Laser), czyli Europejski Rentgenowski Laser na Swobodnych Elektronach, jest budowany w synchrotronowym centrum badawczym DESY w Hamburgu. Jest to najbardziej zaawansowane przestrajalne laserowe źródło silnego promieniowania w zakresie rentgenowskim. Infrastruktura lasera rozpościera się od ośrodka w DESY aż do oddalonej o 3,5 km miejscowości Schenefeld, gdzie ulokowane będą laboratoria badawcze. Ten międzynarodowy projekt łączy naukowców i inżynierów z wielu krajów Europy i świata, w tym z Polski. Depilacja laserowa – epilacja niepożądanego owłosienia za pomocą wiązki lasera, która wnika głęboko w skórę, niszcząc cebulkę włosa wraz z jej korzeniami. Depilacja laserowa uważana jest za bezpieczną i bezinwazyjną. Energia, która jest wytwarzana przez laser, pochłaniana jest przez barwnik włosa (melaninę), która następnie zmienia się w energię termiczną i niszczy nieodwracalnie cebulkę włosa. Warunkiem uzyskania zadowalających efektów jest dobór odpowiedniej mocy i czasu trwania impulsu, które są zależne od rodzaju skóry i włosów.

    Tactical High Energy Laser (THEL) (ang. Taktyczny Wysokoenergetyczny Laser) - amerykańsko-izraelski program wojskowy mający zająć się wdrożeniem do wojsk broni laserowej. Wyniki tego programu są ściśle tajne, ale wiadomo, że pracuje się tam nad uzbrojeniem w działo laserowe myśliwca typu F-22 oraz opracowaniem działa laserowego mogącego przechwytywać pociski artyleryjskie oraz rakiety. W skład projektu wchodzi też laser satelitarny AMLSS służący do zestrzeliwania rakiet balistycznych zaraz po ich starcie. Laser ten ma moc 3 MW przez co mógłby natychmiastowo spalić rakietę bez konieczności długotrwałego namierzania jej słabych punktów. Extreme Light Infrastructure - wspólna inicjatywa Unii Europejskiej budowy lasera dużej mocy, finasowana ze środków Komisji Europejskiej. Moc: 200 petawatów. W projekcie ma wziąć udział ponad 300 naukowców z 50 placówek badawczych z 13 krajów. Prace przygotowawcze w latach 2008-2011 pochłoną 6 mln euro. Planowane uruchomienie – w roku 2013.

    Cytofotometria - technika automatycznego badania krwi pacjenta. Polega na przepływie krwi przez system kapilar, oświetlany wiązką lasera. Uzyskane przez laser dane są następnie porównywane z bazą danych i wyliczana jest bezwzględna ilość poszczególnych frakcji we krwi. Gordon Gould (ur. 17 lipca 1920 w Nowym Jorku, zm. 16 września 2005), amerykański fizyk, jeden z wynalazców lasera, twórca nazwy "LASER". Gould stał się słynny za sprawą swojej trzydziestopięcioletniej walki o uzyskanie patentu na laser i jego elementy konstrukcyjne. Przeprowadził wieloletnią, lecz skuteczną, walkę z urzędem patentowym i producentami laserów, aby w końcu uzyskać tantiemy z praw patentowych.

    Dodano: 20.11.2013. 15:58  


    Najnowsze