Revista >> Aprile 2019 [Nr. 213] >> Top Story

În zorii unei noi Renaşteri ştiinţifice: Laserul de la Măgurele atinge puterea de 10 PW

Alexandru Batali

17 Aprilie 2019

Dr. Ioan Dăncuș, Şeful Activităţii de Cercetare 1 – Sistem Laser de Mare Putere, este cercetătorul care în ultimul an a dat coerență şi ritm managementului ştiinţific al proiectului ELI-NP. Prin atingerea puterii de 10 PW, ELI-NP, cel mai valoros proiect al fizicii româneşti încheie cu succes 7 ani de creare a fundamentelor, de educaţie de bază, deschizând drumul către primele experimente internaţionale şi totodată spre o nouă etapă evolutivă. Urmează o perioadă de acumulări şi (re)descoperiri, noi provocări și dezvoltări.

Ce înseamnă ELI-NP raportat, pe de o parte, la cei 70 de ani de fizică românească sub semnul excelenței şi, pe de altă parte, la cei 7 ani care au trecut de la demararea proiectului în România?
Acest proiect a fost posibil pentru că în România, pe platforma de la Măgurele, începând cu anul 1949 s-au pus bazele şi s-a dezvoltat o şcoală reputată de fizică, ce a produs specialişti de talie internaţională şi rezultate ştiinţifice valoroase. Personal am avut nişte profesori extrordinari, am fost salvat pentru cercetare de acad. Vlad Valentin, care mi-a fost profesor şi mi-a coordonat teza de doctorat. Plaforma de la Măgurele a traversat însă şi o perioadă de calamitate şi de pierdere de resurse umane, în anii `90, când cercetarea din România a fost puternic subfinanțată. A fost o drenare semnificativă de creiere şi am resimţit acut lipsa generaţiei de mijloc…
În fizica laserilor aveam o tradiţie îndelungată şi o expertiză deosebită, fiind printre primele ţări din lume care au produs laseri. În acest context, a existat o puternică dorinţă a comunităţii ştiinţifice româneşti de a renaşte, de a demonstra că este capabilă să conducă proiecte majore, care fac diferenţa la nivel internaţional. Valoarea recunoscută a fizicienilor români a facilitat câştigarea proiectului ELI-NP şi, ulterior, materializarea primelor etape. În prezent, prin atingerea puterii maxime pentru care a fost proiectat laserul, ne bucurăm de atingerea unui stadiu de maturitate a proiectului. Totodată se prefigurează un viitor promiţător şi foarte stimulativ sub aspect ştiinţific şi tehnic, începe perioada de fructificare a ceea ce a fost creat până acum.

Ce înseamnă pentru pentru cercetarea mondială şi pentru cea românească depăşirea în premieră a puterii de 10 PW şi crerea celui mai puternic laser din istoria omenirii?
Valențele acestei reuşite au fost evidenţiate de personalităţile prezente la evenimentul de celebrare a performanței înregistrată la ELI-NP. Este o premieră şi un record mondial tehnic şi ştiinţific, un eveniment important pentru întreaga planetă, ce deschide drumul spre cercetări nebănuite, care pot marca istoria ştiinţei şi tehnicii. România câștigă cursa mondială de construire a celui mai puternic laser din lume, scrie istorie internaţională şi confirmă valoarea fizicii şi a cercetării autohtone, demonstrând că este capabilă să gestioneze proiecte internaţionale de anvergură. Totodată am creat pentru tinerele generaţii condiţiile de a juca în prima ligă mondială şi le oferim argumente solide pentru a-şi dori să devină oameni de ştiinţă. Adolescenţii ştiu acum că pot urma acasă o carieră în fizică, la cel mai înalt nivel, fără să mai înfrunte obstacolele inerente integrării în străinătate. Nu în ultimul rând, acumulăm un capital extraordinar de încredere şi devenim mult mai atractivi. Ne aşteptăm ca mediul de business să ia cu asalt acest spaţiu al excelenţei ştiinţifice, intuind potenţialul imens de dezvoltare şi dorind să profite de oportunităţile generate. Probabil şi guvernanţii vor învesti mai mult în cercetare şi vor conştientiza faptul că un domeniu consolidat nu poate evolua doar prin vârfurile sale, fiind necesar să investească mult mai mult în cercetarea românească, în formarea unei baze solide, care să poată susţine nivelele superioare.
Personal văd lucrurile globalist, din perspectiva unui centru internaţional în care lucrează cercetători de pe întreg mapamondul. Am creat laserul cu cea mai mare putere de lumină realizat vreodată pe această planetă, un instrument dedicat unei comunităţi ştiinţifice de utilizatori, ce deschide noi orizonturi şi fronturi de explorare. Demonstrarea capacităţi manageriale este una dintre cele mai importante realizări a acestui proiect, un mare câştig fiind modul în care managementul ELI-NP a fost deschis şi a interacţionat cu comunitatea internaţională, pas cu pas, pentru fundamentarea cazului ştiinţific. Am asigurat transparență pe întreg procesul de luare a deciziilor şi de dezvoltare a proiectului, ţinând permanent cont de nevoile comunităţii ştiinţifice globale.
Pentru comunitatea locală, plusul foarte mare este de acum încolo şi sunt convins că fluxul de brain drain va fi inversat şi vom atrage în România minţile cele mai luminate. Deja în grupul pe care îl conduc am colegi din Franţa, Grecia, SUA, Canada, Indonezia, oameni care au venit în România să facă lasere, în cel mai bun loc din lume …

Ce este laserul de 10 PW?
În sine, laserul de la Măgurele este o mare reuşită tehnică, în timp ce pe plan ştiinţific realizarea majoră a fost încă din 1985, când Gérard Mourou şi Donna Strickland au creat metoda de producere a celor mai scurte şi intense pulsuri, descoperire pentru care au câştigat şi premiul Nobel. De atunci şi până acum a fost o îndelungată perioada de dezvoltare tehnologică, iar ce vedem azi la ELI-NP este un rezultat al maturizării conceptului.
Laserul nu este o piesă singulară, ci o suită de mii de piese. Este un sistem foarte sofisticat şi complex, care conţine mii de componente optice şi electronice. Laserul este un puls de lumină, cu o putere echivalentă cu o zecime din puterea Soarelui pe Pămân, pe o durată extrem de scurtă: douăzeci și cinci de femtosecunde, adică pentru 25 milionimi de miliardimi de secundă ( 25×10-15 secunde).
Laserul funcţionează pe principiul luminii amplificate şi al emisiei stimulate. Sistemul stimulează emisia de lumină din nişte medii active. Spre deosebire de un laser normal, în cazul acestui laser amplificarea este foarte puternică, prin intermediul celor mai mari cristale de titan-safir care au fost vreodată crescute de om, având diametre ce ating 20 de cm. Energia folosită este relativ mare, dar concentrată într-un puls foarte scurt. Se ajunge la un disc de lumină cu un diametru de jumătate de metru şi o grosime de câţiva microni, echivalentă cu mai puţin de o zecime dintr-un fir de păr. Acest disc de lumină, având o durată de timp atât de scurtă şi o energie relativ mare, de aprox. 300 de Juli, determină pulsuri foarte puternice. În final, când vom focaliza aceste pulsuri, vom ajunge să punem toată această lumină într-un volum ce va avea dimensiuni micronice.
Soluţia realizării sistemului a fost asigurată de firma Thales din Franţa, cel mai mare grup de tehnologie din Europa. Thales România ajută la crearea de competențe pentru utilizarea acestui sistem unic în lume, care trebuie folosit corespunzător. Competențele sunt greu de transmis, ele se formează în mare măsură prin activitatea directă, prin hands-on. În acest sens am construit un laborator de optică dedicat pregătirii operatorilor, unde avem un sistem CPA de mai mici dimensiuni, pe care ne antrenăm zilnic, eliminând astfel riscul operaţiunilor greşite.

Laserul devine funcţional. În ce direcţii va fi valorificat?
În principal va răspunde la două mari chemări: curiozitatea, înţelegerea mai bună a ceea ce se întâmplă cu universul din jurul nostru (de la materia întunecată, până la structura nucleară), şi creativitatea, prin dezvoltarea de aplicaţii care vor ajuta omenirea să trăiască mai bine.
În zona fundamentală, există o serie de cercetări exotice care se pot face: crearea de particule din vid prin concentrarea luminii, înţelegând astfel mai bine cum se formează materia, o curiozitate a tuturor fizicienilor şi a celor care studiază ştiinţele naturii. Un alt orizont ştiinţific este dat de studierea materiei întunecate, de punerea sa în evidenţă. Alte experimente interesante vizează înţelegerea abundenţei materiei în Univers, de ce anumite elemente sunt într-o anumită concentraţie. Această înţelegere va fi posibilă prin recurs la astrofizica de laborator, unde creăm condiţii cât mai apropiate de cele existente într-o explozie solară sau în explozia unei stele, pentru a observa calea pe care o traversează diverse nuclee până ajung într-unul stabil. Specialiştii în fizică nucleară vor putea descoperi o serie de elemente noi existente în univers, multe dintre ele cu timp de viaţă limitat. Pe de altă parte, prin intermediul acestui laser se vor face o serie de descoperiri a căror utilitate concretă, imediată, nu va fi clară, dar va fi desluşită în timp.
Orice răspuns la întrebările fundamentale va conduce mai devreme sau mai târziu la aplicaţii în viaţa de zi cu zi. Pe parte de ştiinţă aplicativă, una dintre cele mai interesante aplicaţii rezultă din interacţia laserului cu materialele, cu ţintele, formând un cocktail de radiaţii similar cu cel din Cosmos. În acest cocktail pot fi studiate materialele trimise în misiunile spaţiale, de la materie primă (aliaje de diverse metale) până la materiale complexe precum microprocesoare sau material biologic - pentru a vedea cum se comportă ţesuturile în spaţiu, supuse la radiaţiile cosmice. Aplicaţiile medicale vor împlini dorinţa cercetătorilor de a răsplăti societatea cât mai repede pentru încrederea primită şi susţinerea acordată. Ne vom axa cu precădere pe zona de imagistică medicală şi a instrumentelor de diagnoză, pentru a spori pentru medici gradul de înţelegere a ceea ce se întâmplă în organism şi a putea pune ulterior diagnostice mai bune. Avem în vedere dezvoltarea de noi radioizotopi pentru imagistica actuală şi realizarea de noi surse de radiaţie, ce pot fi utilizate în tratarea diverselor tumori. Ne propunem să îmbunătăţim radioterapia actuală prin crearea de noi particule accelerate, care să fie mai bine absorbite de tumorile pe care le atacă şi cât mai puţin dăunătoare pentru ţesuturile sănătoase. Vom crea şi aplicaţii pentru imagistica industrială, capabile să facă radiografia unor echipamente industriale sau pentru a identifica, de exemplu, conţinutul anumitor containere.

Cea mai importantă resursă a proiectului est cea umană. Rezultatele existente şi cele ulterioare aşteptate sunt consecinţa formării unei echipe capabilă să se ridice la înălţimea laserului. Cum decurge procesul de cristalizare a echipelor?
În absenţa resursei umane, totul rămâne doar o acumulare de materie primă. Rolul specialiştilor este determinat pentru succesul actual şi viitor al proiectului, oamenii aduc plusvaloare şi determină rezultatele. Una dintre plăcerile mele zilnice este acea de a asista la naşterea unei instituţii, a unui centru de cercetare. Laserul nu poate exista fără activitatea celorlalte departamente, de la cel de HR, până la cel de achiziţii, care se pun în slujba departamentelor vizibile, aflate în faţă. HR-ul ne ajută să mărim echipa şi să creştem calitatea oamenilor recrutaţi: aproximativ 200 de cercetători în acest moment, veniţi din 27 de ţări ale lumii.
În grupul de laseri (RA1) pe care îl conduc ne-am propus să angajăm şi să pregătim oameni foarte tineri, din două motive: sunt foarte puţini ingineri cu experienţă specializaţi pe laseri în România şi, în al doilea rând, dacă i-am angaja pe toţi, am seca această resursă existentă la nivelul institutelor de pe platforma Măgurele. Seniorii pregătesc absolvenţi care au sub 30 de ani în marea lor majoritate, mulţi sunt studenţi la master, grupul fiind cel al extremelor de vârstă şi de experienţă. Seniorii sunt din rândul celor care au făcut istorie în fizică românească (dr. Daniel Ursescu conduce teze de doctorat şi activitatea ştiinţifică din RA1), dar există şi profesionişti veniţi din străinătate, toţi ocupându-se de pregătirea acestor tineri într-o manieră corectă şi etică, prin transmiterea principiilor şi valorilor legate de modul de lucru şi colaborare în echipă, de recunoaştere a calităţilor şi a minusurilor proprii, a competențelor celorlalţi, de împărtăşire a cunoştinţelor, ș.a.m.d. În plus, Centrul de Pregătire şi Specializare în Domeniul Nuclear al IFIN-HH are un curs acreditat pentru formarea tehnicienilor ce vor lucra în cadrul ELI.
Dincolo de formarea şi pregătirea continuă asigurată intern, colaborăm cu Universitatea Politehnica din Bucureşti (UPB), cu Universitatea din Bucureşti (UB), cu Universitatea de Vest din Timişoara (UVT), unde susţinem cursuri de master şi atragem spre ELI-NP cei mai talentaţi tineri. Avem şcoli doctorale cu tematică axată pe laseri la Facultatea de Fizică a UB şi la UPB, există doctorate adresate tematicii ELI-NP şi la UVT, unde a fost susţinută, chiar la începutul anului, o lucrare de doctorat foarte interesantă, axată pe interacţia laserului cu materia.

Ce urmează în următoarea perioadă? Care sunt priorităţile proiectului ELI-NP?
În următoarele luni se finalizează contractul de realizare a laserului şi preluarea întregului sistem de la firma Thales, realizarea diferitelor proceduri de acceptanță: teste, finalizări de documentaţie, traininguri. Ulterior, până la sfârşitul anului, ne vom ocupa de finalizarea construcţiei sistemului de transport a fasciculului laser, iar la începutul lui 2020 vor fi instalate incintele de interacţie, va fi pusă la punct optica de focalizare şi vor fi demarate primele experimente, pe fiecare din cele 5 zone experimentale existente. Iniţial la o putere redusă şi treptat la o putere din ce în ce mai mare, până la cea de 10 PW.