Восточная Европа станет мировым средоточием лазерных исследований. В ближайшие шесть лет Евросоюз собирается создать там целую сеть научных комплексов, оснащенных импульсными лазерами, под общим названием Extreme Light Infrastructure (ELI). Дебютным проектом стало строительство лазерного центра ELI Beamlines в Чехии. На его открытие съехались ученые и журналисты со всего мира. По приглашению Европейского союза ассоциаций научных журналистов и Клуба чешских научных журналистов побывал там и корреспондент “Поиска”.
В погожий октябрьский день гости собралась в маленьком городке Дольни Брежаны недалеко от Праги. Именно здесь, в Центральной Богемии, было решено сосредоточить научный потенциал страны. Выбор места легко объясним: в этом регионе уже вырос высокотехнологичный район под названием “Star”. За несколько лет местным властям удалось практически с нуля создать рай для ученых. Аккуратные домики, уютные парки, светлые и просторные здания научно-технологического кластера и роскошные гостиницы пришли на смену коровникам и складам…
Когда-то на этой территории была кельтская деревушка. Шло время, население ее росло. Занимались жители в основном сельским хозяйством. Следы крестьянского духа все еще различимы. Старые здания модернизировали, но они все равно хранят в своих чертах рабочие постройки.
Как бы там ни было, “Star” сегодня — территория науки, в создание которой вложили 400 млн евро. И неудивительно, что ELI решено было возводить именно здесь.
“ЦЕРН лазерных исследований”
На площади перед лазерным центром яблоку негде было упасть. Нарядные гости ожидали начала церемонии. Официанты ловко разносили шампанское. Комплекс ELI Beamlines сверкал на солнце стеклянными гранями.
На его строительство ушло два года. Еще примерно столько же потребуется для установки лазеров и оснащения лабораторий. Сейчас как раз полным ходом идет эта работа.
Центр состоит из четырех зданий, и сами они, кстати, заслуживают отдельного внимания — ELI признали “Архитектурным проектом 2014 года”. В них располагаются головной офис руководства, несколько больших лабораторных пространств, конференц-залы и кафе. Особой гордостью архитекторов стал большой бетонный зал, в котором будет установлен один из лазеров. Его оборудовали специальной легкой “плавающей” крышей.
Торжественное открытие центра стало важным событием для Чехии и всего ЕС. Кого здесь только ни было: и ученые, и политики, приехал даже пражский архиепископ.
— Присутствие именитых гостей стало для меня подтверждением того, что ELI — значимый и устойчивый проект, — поприветствовал с трибуны гостей президент Чешской академии наук Иржи Драгос. — Центр позволит ученым обрести новые знания и вместе с высокотехнологичными компаниями открыть абсолютно новые технологии, которые мы сможем применять в повседневной жизни.
Торжественно разрезав красную ленточку перед входом, он со своими коллегами первым шагнул в просторный холл административного здания центра. Так как вживую лазерные установки гости увидеть пока не могли, организаторы выделили отдельный зал под демонстрацию будущих экспериментов. Любой желающий, надев очки виртуальной реальности, мог узнать, как будут выглядеть лаборатории через пару лет.
Еще одним своеобразным “развлечением” стал выбор имени для лазеров, которые пока что скромно называются L1, L2, L3 и L4.
— ELI в целом станет первым в мире международным лазерным центром, в котором будут установлены самые сложные и самые мощные лазеры, — рассказал журналистам генеральный директор Международной ассоциации ELI-DC Вольфганг Сандер. — Этот центр должен стать ядром развития оптических технологий и фотоники в Европе.
Проекты ELI — только первая часть большого плана Европейского стратегического форума исследовательских инфраструктур (European Strategy Forum foe Research Infrastructures, ESFRI) по созданию нового поколения крупных научно-исследовательских объектов, доступных для ученых со всего мира. Но об этом позже…
Большая четверка
Цель ELI Beamlines — разработать уникальные мощные лазеры с высокой частотой повторения импульсов. Лазеры сегодня актуальны как никогда, и во многих странах широким фронтом ведутся исследования лазерных излучений и их взаимодействия с различными веществами. Более того, ученые анализируют возможности использования этих импульсов в разнообразных областях, начиная от ядерной физики и астрофизики и кончая медициной.
Как уже упоминалось, в чешском центре планируется проводить исследования на четырех установках. В лабораториях поставят три DPSSL-лазера (твердотельных лазера с диодной накачкой) для изучения сверхкоротких лазерных импульсов длительностью от 15 до 150 фемтосекунд (1 фс составляет 10 в минус 15-й степени секунды).
Четвертый, по прогнозам руководства ELI, станет самым мощным лазером в мире, его мощность достигнет 10 петаватт (1 петаватт — 10 в 14-й степени Вт).
В основе его лежит недавно разработанная учеными особая технология, обеспечивающая быстрое охлаждение активной среды, благодаря чему, согласно теории, можно будет достичь небывалой скорости лазерного импульса.
Для всех систем характерно сочетание особо высокой энергии импульса с высокой частотой его повторения. Более того, они уже собраны и испытаны в Чехии, США, Англии и Германии.
Для сравнения: нынешний самый мощный в мире лазер развивает чуть более одного петаватта, а суммарная мощность всех электростанций Земли составляет порядка 2,5 тераватта (1 тераватт — 10 в 11-й степени Вт).
Первые эксперименты в центре начнутся уже в 2016 году, но, по официальным данным, его оборудование полностью завершится лишь к 2018 году. После этого ELI распахнет свои двери перед специалистами со всего мира, в распоряжении которых окажутся мощные лазеры, а также различные источники сверхкоротких импульсных рентгеновских лучей и протонных пучков.
Основными направлениями грядущих фундаментальных исследований станут молекулярная и биомедицина, материаловедение, рентгеновские источники, физика плазмы и ускорение частиц.
— Миссия ELI заключается в том, чтобы построить четыре лазерные системы, которые смогли бы достигнуть импульсов пиковой мощности, — объяснил директор Физического института Чешской академии наук Ян Ридку. — Эти лазеры позволят исследователям раздвинуть границы науки. Например, электромагнитное поле ELI будет настолько мощным, что окажет сильное влияние на электроны, протоны, ионы. Таким образом, мы сможем проверить основные теории физики плазмы, астрофизики… И, возможно, откроем что-то новое.
Используя новейшие установки, ученые хотят глубже изучить радиационные процессы. Эти знания могут быть полезны в будущем для оптимизации промышленно-радиационной обработки. Обычно она применяется для стерилизации медицинской продукции (систем переливания и взятия крови, шприцев, игл и др.), а также для пищевых и сельскохозяйственных продуктов с целью увеличения сроков хранения и уничтожения болезнетворных микроорганизмов.
Изучение ультравысокого излучения пучков заряженных частниц поможет ученым расширить возможности лучевой терапии рака. С помощью лазеров ELI планируется также разработать новые методы сверхбыстрой передачи сигнала, обнаружения и синхронизации. Они могут быть применены в аэрокосмической промышленности.
А еще ученые смогут изучать процессы внутри звезд и поверхности других планет. И это далеко не все…
Суперлазеры в Европе
Центр ELI Beamlines — лишь первый этап реализации проекта Extreme Light Infrastructure. Он предполагает создание четырех международных научных центров. Строительство чешского завершено, согласно плану. На очереди центр в Сегеде (Венгрия) и в Мэгуреле (Румыния). Оба в общей сложности уже получили около 1 млрд евро финансирования. Где будет четвертый — пока не определились.
Все центры ELI нацелены на решение нескольких задач. Установка в Чехии призвана изучать взаимодействие материи с очень мощными импульсами радиации и пучками высокоэнергетических частиц, получаемых на этой установке.
Венгры, как рассказал руководитель ELI, сосредоточат усилия на изучении динамики взаимодействия электронов, атомов и молекул в аттосекундном временном масштабе, потому что их лазер должен быть самым быстрым в этой серии. Пару лет назад с помощью метода аттосекундной абсорбционной спектроскопии и похожей, но менее мощной, установки ученые из Института Макса Планка смогли наблюдать в реальном времени движение электронов в атоме.
Румынская лаборатория обещает специализироваться на опытах в области фотоядерной физики.
А четвертый лазер в этом ряду обеспечит физиков светом самой высокой в мире интенсивности, при которой, вероятно, удастся “взламывать” не только материю, но и само пространство. В так называемом ультрарелятивистском режиме взаимодействия света и вещества (при интенсивности излучения, превышающей 1023 Вт/см2) могут оказаться некорректными законы теории относительности, не говоря уже об обычных законах оптики. Сложно представить, какая мощь будет в руках ученых. Но вот один занимательный факт: лазер, который появится в Дольни Брежаны, способен за 10 секунд довести до кипения самое большое в стране водохранилище Липно площадью 49 квадратных километров.
Так что эксперименты явно обещают быть просто невероятными. Что удастся узнать ученым с их помощью, пока сложно сказать, но, судя по всему, человечество ждут новые открытия. И, кто знает, может именно благодаря этим исследованиям люди смогут победить страшные болезни и разгадать тайны Вселенной.
Татьяна ЧЕРНОВА
Фото автора
Нет комментариев