Laserové technologie pro kompaktní zdroje částic a záření (zkráceně LPR, z anglického Laser technologies for compact Particle and Radiation sources) by v budoucnu mohly přinést bezemisní zdroje energie, kompaktní rentgenové zdroje pro rozpoznání materiálů, i zdroje částic pro protonovou terapii k léčbě rakoviny. V Centru HiLASE se v rámci této nové strategické oblasti zaměřujeme na vysoce výkonné laserové zdroje, adaptivní optiku, prediktivní termooptické modelování, laserové svazky, tvarování laserových pulzů, nelineární optiku, laserové ovladače pro EUV a středně-IR zdroje, i čerpací systémy pro lasery třídy PW.
Garantem této strategické oblasti je Martin Divoký, vedoucí týmu Vysokoenergetické deskové lasery. S ním jsme pro vás na toto téma připravili rozhovor.
Mohl bys představit sebe a oblast LPR jako takovou?
Jmenuji se Martin Divoký a laserům se věnuji od roku 2004, kdy jsem začal pracovat na zesilování velmi krátkých pulzů s vysokou intenzitou a poté se přesunul k pulzním laserům s vysokým středním výkonem. Obě oblasti se spojují v oboru LPR.
Intenzivní laserové pulzy generují obrovská elektrická pole, která vytrhávají částice z hmoty a následně je urychlují (podobně jako urychlovače), avšak na mnohem menší ploše a s nižšími náklady. Pro reálné aplikace je nutné, aby urychlovač pracoval s vysokou repeticí, jinak bude dodávat například jen jeden obrázek za hodinu.
Jak se bude Centrum HiLASE podílet na vývoji LPR zdrojů?
V Centru HiLASE nebudeme vytvářet celé zdroje. Intenzivní pulzy a samotná fyzika interakce není naší expertízou. Máme ale mnoho zkušeností s vývojem čerpacích zdrojů pro intenzivní pulzy – femtosekundové lasery. Jako jejich zdroje jsou využívány lasery s vysokou energií a průměrným výkonem s nanosekundovými pulzy, jako je BIVOJ. Velké zkušenosti máme rovněž s konverzí do harmonických frekvencí, konkrétně tedy do zelené, která se využívá pro buzení CPA nebo OPCPA femtosekundových řetězců.
Tyto čerpací lasery s vysokým průměrným výkonem generují velké množství tepla, které zhoršuje vlastnosti laseru. Kromě tepelného managementu musíme tudíž řešit i kompenzaci tepelných vad, ať už jde o polarizační změny či změny vlnoplochy. S tím vším máme rozsáhlé zkušenosti.
V neposlední řadě, je třeba zvyšovat účinnost těchto laserů, aby se přiblížila té konvenčních urychlovačů, které dosahují účinnosti až v desítkách procent. Tomu se celý laserový řetězec zatím neblíží, pohybuje se pod jedním procentem, a proto je tento aspekt jedním z hlavních kandidátů na zlepšení.
Jaký je hlavní impulz pro vývoj a využití těchto technologií?
Jedná se hlavně o využití v medicíně a bezpečnosti. Kompaktní RTG zdroje pro diagnostiku materiálu a zdroje částic pro protonovou terapii rakoviny. V současné době jsou používané urychlovače částic, které jsou rozměrné a nákladné. Lasery mohou tuto funkci plnit na desetině plochy, s desetinovými náklady.
Kromě toho lze lasery využít také pro kompresi paliva v inerciální laserové fúzi – tady nás ale čeká ještě mnoho let výzkumu.
Jak hodnotíš aktuální a potenciální přínosy těchto technologií pro společnost?
Dostupnější protonová terapie umožní ošetřit více pacientů, zatímco nový levný a stabilní bezemisní zdroj energie umožní rozvoj civilizace ve světě zasaženém klimatickou změnou.
Jaké jsou v této oblasti možnosti spolupráce s odborníky z jiných oborů a institucí?
Jak jsem již zmiňoval, my se zaměřujeme na vývoj čerpacích laserů – potřebujeme ještě vědce, kteří se zabývají vývojem vysoce intenzivních femtosekundových laserů a samotným procesem interakce záření s hmotou. Právě pro takové aplikace právě rozjíždíme spolupráci s ELI Beamlines.
Rozhovor s Martinem Divokým, garantem oblasti LPR, vedla Marie Thunová, vedoucí Marketingu & PR.
