Česká republika v posledních letech s pomocí evropských dotací výrazně investovala do zázemí pro výzkum a vývoj laserových technologií a i díky tomu bylo na tomto poli v poslední době dosaženo několika významných úspěchů ve výzkumu a aplikaci laserových technologií.
Experimentální zařízení ELIMAIA © Vichmi (CC BY-SA 4.0)
Mezi současné nejvýznamnější instituce, které jsou známé svými inovacemi a pokroky v laserových technologiích, patří především instituce sídlící v Dolních Břežanech poblíž Prahy, kam se soustředily v rámci budování takzvaného klastru/regionu Star a se kterými spolupracuje Akademie věd ČR i další oborově orientované vědecké instituce.
Primární výzkum v ELI Beamlines
ELI (Extreme Light Infrastructure) Beamlines je jedním z předních center pro výzkum v oblasti použití velmi intenzivních laserů. Je součástí širší evropské infrastruktury ELI, která zahrnuje další dvě zařízení v Rumunsku a Maďarsku, a společně tvoří první infrastrukturu tohoto druhu na světě.
Provádí pokročilé výzkumy zahrnující vývoj laserových systémů schopných generovat extrémně vysoké výkony. Tyto lasery mají aplikace v medicíně, materiálovém výzkumu a jaderné fyzice. Relativně nedávno zde byl uveden do provozu jeden z nejsilnějších laserových systémů na světě, který je schopen generovat ultrakrátké pulzy s energií přesahující 10 PW. Tento vývoj otevírá nové možnosti pro výzkum v oblastech, jako jsou fyzika plazmatu, jaderná fyzika a astronomie.
ELI Beamlines ovšem hostí více vysoce výkonných laserových systémů, které jsou schopné generovat ultrakrátké pulzy světla s extrémním výkonem. Za zmínku stojí L3-HAPLS (High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System — viz též TT 2021/4), který byl vyvinut ve spolupráci s americkým Národním ústavem pro urychlovače SLAC. Tento systém dosahuje výkonu až 1 PW v režimu opakování, což jej činí jedním z nejvýkonnějších laserů svého druhu (tedy schopných opakování v krátkém sledu) na světě.
Výzkum prováděný v ELI Beamlines se zaměřuje na širokou škálu vědeckých disciplín, včetně fyziky plazmatu, materiálové vědy, chemie, biologie a medicíny. Lasery jsou využívány pro studium extrémních stavů hmoty, generování sekundárních zdrojů záření (např. rentgenové a gama záření) a pro vývoj nových léčebných metod v medicíně.
Jak už bylo zmíněno, projekt ELI Beamlines je výsledkem mezinárodní spolupráce a financování, které zahrnuje řadu evropských zemí a dalších mezinárodních partnerů.
Toto zařízení slouží výzkumným skupinám z celého světa a je přístupné pro širokou vědeckou komunitu.
Kromě výzkumu ELI Beamlines také přispívá k vzdělání a rozvoji nové generace vědců a techniků specializovaných na laserové technologie a jejich aplikace. Centrum organizuje workshopy, školení a konference, které podporují výměnu znalostí a zkušeností v mezinárodním měřítku.
Projekt je příkladem toho, jak vyspělá laserová technologie může přinášet průlomy ve vědě a technice, a zároveň podporovat mezinárodní spolupráci a vzdělávání v pokročilých technologiích.
Laser produkuje ultrakrátké pulzy trvající pouze několik femtosekund (miliardtina sekundy). Využívá ovšem technologie umožňující vysokou frekvenci opakování pulzů při extrémně vysoké energii, což bylo dříve technicky velmi náročné dosáhnout. Díky těmto vlastnostem může L3-HAPLS provádět experimenty, které nebyly dosud možné, jako jsou interakce vysokoenergetického laserového záření s hmotou za účelem studia plazmatu a vysokoenergetických fyzikálních procesů. Laser se tedy používá ve výzkumu základních vědeckých otázek týkajících se stavby hmoty, ale má potenciál i pro praktické aplikace.
Mezi možné aplikace patří vývoj nových lékařských terapií založených na přesném a cíleném zničení rakovinných buněk, výroba nových materiálů s unikátními vlastnostmi nebo vývoj nových zdrojů energie. Laser L3-HAPLS umožňuje vědcům a technikům průzkum neznámých oblastí fyziky a chemie díky schopnosti generovat extrémně silné a krátké pulzy světla, což otevírá nové možnosti pro pochopení a manipulaci s hmotou na mikroskopické úrovni.
Aplikovaný výzkum v HiLASE
Také vědecké výzkumné středisko HiLASE (High average power pulsed LASErs) sídlí v Dolních Břežanech. Jde ovšem o centrum specializované více aplikačně, konkrétně zaměřené na vývoj a aplikace laserů s vysokými výkony a krátkými pulzy. Tyto lasery najdou uplatnění v průmyslu pro přesné zpracování materiálů, výzkum odolnosti materiálů a testování komponent v extrémních podmínkách. Tento institut úspěšně vyvinul laser s vysokým výkonem určený pro průmyslové aplikace, který umožňuje extrémně přesné řezání a zpracování materiálů, což má významné uplatnění například ve výrobě komponent pro automobilový průmysl nebo ve výrobě mikroelektroniky (viz TT 2021/6).
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)