ELI–NPprovocari tehnice si ingineresti:

Sistemul de experimente cu laseri de mare putere

Dan Stutman, din partea echipei ELI-NP

11/8/2016 Afaceri competitive bazate pe rezultatele crecetarilor stiintifice

avansate

De ce experimente cu laseri de mare putere:‐ Accelerare de particule la energii nucleare pe distante < 1cm‐ Fascicule de 1015 ori mai dense decat in acceleratorii conventionali ‐ Pulsuri ultra‐scurte, de la femtosecunda la picosecunda

Laser

Ioni

Forta Coulomb

Laser

Electroni

Accelerare de electroni in gaz cu “laser wakefield”

Accelerare de ioni in solid cu presiunea radiatiei laser  

Electroni

Gol de sarcini

Electroni cu energii pana la 100 GeV 

Fascicule de ioni cu energii pana la 1 GeV, cu densitatea solidului 

Stiinta fundamentala:‐ Interactia lumina‐materie la intensitati si energii extreme  ‐ Crearea in laborator de noi nuclee si reactii nucleare  ‐ Interactia lumina‐lumina si lumina‐vacuum ‐ Potential pentru descoperiri revolutionare la nivel mondial

10 PWlaser

10 GeV electron

Gamma‐rays

Positron‐electronpairs

Generare QED de raze gamma si pozitroni  

Fission fragments

Fusion products

Th target

CH target

CD2 foil

AcceleratedTh foil

10 PWlaser

Generare de noi nuclee grele prin fisiune‐fuziune  

Test extrem simultan al fizicii relativiste si cuantice

Misterul formarii elementelor grele  in Univers

Negoita et al

Stiinta applicata:‐ Surse micronice, ultra‐intense si pulsate de raze‐ si neutroni‐ Fascicule ultra‐intense de ioni si electroni pentru medicina si industrie

Sursa de neutroni fotonucleara Radioterapie cu protoni generati de laser

Radiografie cu neutroni tip “timp‐de‐zbor”,  pentru detectia de explosive, criminologie nucleara 

Reducere masiva in doza de tratament

Pomerantz et al Biscari and Falbo

LOA, France, 2015

Radiografie  de mare rezolutie

Tungstenball

Laserii Petawatt pot produce surse gamma ultra‐intense (50% din energia laser), cu spot focal de cativa  µm si durata pulsurilor de 10 fs 

Arii experimentale cu laserii de 10 PW:‐ Oglinzi de 1m diametru distribuie laserii la 3 camera de interactie‐ Fasciculele sant focalizate la cativa microni si interactioneaza cu       

electroni accelerati,  tinte solida, sau radiatia  produsa de GBS

Clean room

10 PW 10 PW

Beam dump

40 m

Laser / -beam

Beam dump

Nuclear Physics

Beam delivery systemQED

GBS fascicul

Provocari tehnice si ingineresti:‐ Camere de interactie de vacuum inalt, din materiale cu nivel scazut

de activare la radiatii

4 m

Provocari tehnice si ingineresti:‐ Optica de diametru mare si precizie sub‐micrometrica, 

rezistenta la  pulsuri laser de mare putereOglinda de focalizare de 1 m diametru, 20 nm precizie,0.6 J/cm2 damage threshold, produsa de REOSC, France

Herve et al

Provocari tehnice si ingineresti:‐ Sisteme de pozitionare pentru componente optice mari, cu precizie

sub‐micrometricaMontaj oglinda de focalizare la 10 PW tip Apollon

1 m 1 m

Sistem de polarizare circularacu oglinzi la 1 PW

Provocari tehnice si ingineresti:‐ Sisteme de pozitionare si aliniere pentru tinte laser, cu precizie

micrometrica, rezistente la pulsuri electromagnetice intense (EMP)

Sistem “Plasma Mirror”Sistem tinte laser

10 PW

Sistemaliniere

UHV Ultra High Vacuum sputter & e-beam deposition

RIE Reactive Ion Etching Optical lithography

SEM (Scanning Electron Microscopy)

XRD (X-ray diffraction) AFM (Atomic Force

Microscopy) Optical profilometry

Provocari tehnice si ingineresti:‐ Sute de tinte laser nano‐fabricate vor fi necesare  pe zi

Laboratorul de tinte ELI‐NP

Wafermulti‐target

Provocari tehnice si ingineresti:‐ Instrumentatia de diagnostic a interactiei laserilor de 10 PW se face 

pentru prima data in lume; sant necesare R&D, design si constructie‐ Diagnostice de raze X si , particule nucleare, plasma, fascicul laser 

Spectrometru de ioni cu parabola Thomson

Spectrometru cu magnet permanent pentru electroni de 10 GeV

1 m

Nam et al

13

ELI-NP: Oportunitati de dezvoltare

Proton therapy drastically reduces patient dose

ELI-NP

Breit-Wheeler pair production

Radiation Pressure Acceleration