S potěšením oznamujeme významný úspěch společného strategického partnerství mezi Centrem HiLASE (FZU AV ČR) a ELI Beamlines Facility. Tým vědců z obou laserových center nedávno publikoval článek v prestižním časopise Communications Physics (vydavatelství Nature). Článek je na téma A multi-MeV alpha particle source via protonboron fusion driven by a 10-GW tabletop laser.
Gratulujeme našim kolegům, HiLASIÁNŮM, Yoannu Levymu, Jaroslavu Huynhovi, Martinu Cimrmanovi, Antoniu Lucianettimu a Tomášovi Mockovi a také Valerii Istokskaie, Marcu Toscovi, Lorenzu Giuffridovi, Janu Psikalovi, Filipu Greplovi, Vasiliki Kantarelou, Stanislavu Stančíkovi, Arseniosu Hadjikyriacou, Daniele Margarone z ELI Beamlines Facility, The Extreme Light Infrastructure ERIC, k tomuto úspěchu.
„Jsem nesmírně potěšen tímto významným úspěchem strategické spolupráce mezi Centrem HiLASE a ELI Beamlines Facility. Srdečně gratuluji celému týmu k úspěšnému experimentu a k publikování výsledků v prestižním časopise. Světové prvenství ve využití stolního 10GW laseru schopného pracovat na frekvenci 1 kHz, HiLASE PERLA B, pro generaci de facto kontinuálního zdroje alfa částic z proton-boronové fúze je důkazem, že začíná nová éra výzkumu a vývoje laserové fůze pro praktické a ekonomicky dostupné aplikace. Kompaktní laserové technologie HiLASE tak mají další oblast využití.“ – Tomáš Mocek, vedoucí Centra HiLASE
Jaderná fúze mezi protony a jádry boru-11 se díky rychlému pokroku v technologii pulzních laserů těší novému zájmu. Potenciální aplikace této reakce zahrnují jak řízenou jadernou fúzi, tak radiobiologii a léčbu rakoviny. Laserem řízená fúze spočívá v interakci vysoce výkonných pulzů o vysoké intenzitě s terči bohatými na B. Informujeme o experimentu využívajícím fúzi protonů a boru v terčích CN-BN k získání vysokoenergetických svazků částic alfa (až 5 MeV) za použití velmi kompaktního přístupu a stolního laserového systému se špičkovým výkonem ~10 GW, který může pracovat s vysokou opakovací frekvencí (až 1 kHz). Sekundární rezonance v průřezu protonboronové fúze (~150 keV v rámci středu hmoty) je využívána pomocí přístupu založeného na laseru. Generované částice alfa jsou charakterizovány z hlediska energie, fluxu a úhlového rozložení pomocí polovodičových detektorů jaderných stop, přičemž se prokazuje flux ~105 částic za sekundu při 10 Hz a ~106 za sekundu při 1 kHz. Hydrodynamické a numerické simulace částic v buňce podporují naše experimentální výsledky. Předpokládá se potenciální dopad naší metody na budoucí rozšíření ultrakompaktních zdrojů alfa částic s energií několika MeV, které jsou poháněny laserovými pulzy střední intenzity (1016-1017 W/cm2).
K urychlení protonů na energie pokrývající energetický vrchol sekundární rezonance potřebné pro p-B fúzi (148 keV) byl použit stolní laserový systém PERLA B. Hlavnímu laserovému pulsu předcházel předimpuls o délce ~1,5ps (s kontrastním poměrem intenzity ~10-3), který na přední straně terče vytvořil dlouhou předplazmovou vrstvu (~30 μm), která umožnila zesílit následné urychlení protonů ve směru dozadu.
Jde o úplně první tým, který experimentálně předvedl zdroj alfa částic o energii několika meV pomocí skutečně stolního 10GW laseru schopného pracovat na frekvenci 1 kHz.
Experiment jsme uspořádali v laserovém centru HiLASE, kde je k dispozici komerční stolní laser PERLA, systém s vysokou opakovací frekvencí (1 kHz, tj. 1000 výstřelů za sekundu) na úrovni GW s délkou pulzu ~1,5 ps. Rozhodli jsme se uplatnit přístup “in-target” s použitím speciálně vyvinutého dvouvrstvého terče obsahujícího atomy H nanesené na bórovém substrátu. Kombinací laserového a terčového uspořádání jsme byli schopni urychlit protony do oblasti energií kolem sekundární rezonance reakce pB a měřit částice alfa, produkty fúzní reakce pB. Hlavním diagnostickým zařízením částic alfa byly polovodičové detektory jaderných stop CR39. Naše zařízení jsme testovali při opakovací frekvenci 1 Hz i 1 kHz. Kromě toho náš tým provedl kombinaci hydrodynamických simulací a simulací částic v buňce, aby podrobněji prozkoumal fyzikální pozadí interakce laseru s terčem, což nakonec podpořilo experimentální výsledky. – Valeriia Istokskaia, ELI Beamlines Facility
Článek byl připraven ve spolupráci s ČVUT v Praze, Fakultou jadernou a fyzikálně inženýrskou; Univerzitou Karlovou, Matematicko-fyzikální fakultou, Oddělením makromolekulární fyziky; MARVEL FUSION GmbH, Německo; Univerzitou Palackého v Olomouci, Přírodovědeckou fakultou, společnou optickou laboratoří of Palackého Univerzity a Fyzikálního ústavu AV ČR, Oddělení fyziky; University of Naples Federico II, Neapol, Itálie; Centre for Light-Matter Interactions, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast, Velká Britálnie; School of Electrical Engineering and Telecommunications, Faculty of Engineering, UNSW Sydney, Austrálie; Micro-Nano Facility – Sensors and Devices Center, Fondazione Bruno Kessler (FBK), Trento, Itálie.
Autoři and spoluautoři:
Valeriia Istokskaia, Marco Tosca, Lorenzo Giuffrida, Jan Psikal, Filip Grepl, Vasiliki Kantarelou, Stanislav Stancek, Sabrina Di Siena, Arsenios Hadjikyriacou, Aodhan McIlvenny, Yoann Levy, Jaroslav Huynh, Martin Cimrman, Pavel Pleskunov, Daniil Nikitin, Andrei Choukourov, Fabio Belloni, Antonino Picciotto, Satyabrata Kar, Marco Borghesi, Antonio Lucianetti, Tomas Mocek & Daniele Margarone.
Communications Physics je časopis s otevřeným přístupem z portfolia Nature, který publikuje vysoce kvalitní výzkum, recenze a komentáře ze všech oblastí fyzikálních věd. Výzkumné práce publikované v tomto časopise představují významný pokrok přinášející nové poznatky ve specializované oblasti fyzikálního výzkumu. Primární výzkum publikovaný v Communications Physics zahrnuje nové experimentální výsledky a nové techniky nebo výpočetní metody, které mohou ovlivnit práci ostatních v dané dílčí disciplíně.
Přečtěte si CELÝ ČLÁNEK
