Revista >> Aprilie 2020 [Nr. 223] >> Cover Story

INFLPR: membru al Laserlab-Europe, rețeaua de elită a cercetării în domeniul laserilor

Dr. Marian Zamfirescu

23 Aprilie 2020

Comitetului Director al consorțiul Laserlab-Europe, ce reunește elita cercetării europene în domeniul laserilor, s-a întâlnit în noiembrie 2019 la București, pe platforma de cercetare de la Măgurele, pentru a marca finalul proiectului Laserlab-Europe IV și lansarea noului proiect Laserlab-Europe V. Institutul Național pentru Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației - INFLPR din București este membru al rețelei europene Laserlab încă de la ediția Laserlab II (2009-2012). Lansarea la Măgurele a proiectului Laserlab-Europe V coincide cu includerea centrului de cercetare CETAL - Centrul de Tehnologii Avansate cu Laser în echipele de cercetare ale consorțiului. Prezența elitelor cercetării europene la INFLPR, cu ocazia reuniunii Laserlab, a avut loc simultan cu realizarea, la laserul CETAL-PW, a primelor experimente de accelerare de electroni la energii de peste 300 MeV în experimente cu laser de clasă PW.

Centrul CETAL din INFLPR este o infrastructură de cercetare importantă din România, construită în perioada 2010-2014 din fonduri integral naționale. Aici funcționează din 2014 un sistem laser de putere maximă de 1 PW (CETAL-PW), construit de firma Thales din Franța. Deși acest sistem este unul dintre puținele de acest gen din Europa, aderarea la consorțiul Laserlab-Europe nu s-a făcut imediat după înființare. Simplul fapt de a deține și de a pune în funcțiune un astfel de sistem extrem de complex nu presupune implicit că experimentele pentru care a fost conceput laserul pot fi realizate la scurt timp după instalarea echipamentelor. Experimentele sunt la fel de complexe, sau uneori chiar mai complexe decât laserul în sine. Sistemele laser de clasă PW sunt unice, fiecare din cele câteva sisteme laser de mai mult de 1 PW din lume - deținute de țări precum Marea Britanie, Statele Unite ale Americii, Franța, Spania, Germania, Coreea de Sud și în ultimii ani prezente și în România, Cehia și Ungaria - au particularități constructive și configurații unice. Componentele optice și electronice sunt duse la limita tehnologiilor actuale, iar piesele de schimb cele mai importante ale unui sistem laser PW: oglinzile amplificatoarelor laser, mediile active, rețelele de difracție din compresorul optic etc., nu sunt piese de catalog, se fabrică doar pe comandă și au timp de livrare lung. Aceste lucruri fac dificilă operarea infrastructurilor cu laser ultra-intens. Timpii de mentenanță sunt lungi, de ordinul lunilor. Resursele financiare necesare pentru operare sunt considerabile, peste 10% din valoarea inițială a investiției în fiecare an. Aceste dificultăți implică o planificare atentă a resurselor și implicit o finanțare predictibilă.

Ieșirea din labirint și câștigarea statutului de partener
În condiții dificile de finanțare, centrul CETAL din INFLPR a reușit în cei 5 ani de la înființare să iasă din cercul vicios în care era prins încă din momentul dării în folosință a infrastructurii în 2014: fără o finanțare adecvată nu putea să coopteze resursa umană suficientă, fără resursă umană nu putea să atragă proiecte de cercetare, fără proiecte nu-și putea asigura finanțarea. Acest cerc vicios a fost „rupt” prin atragerea unor tineri cercetători din celelalte laboratoare ale INFLPR și prin susținerea financiară din partea institutului a costurilor de întreținere a infrastructurii. Elementul cel mai important de deblocare a situației dificile de la lansarea centrului a fost fără îndoială resursa umană, atrasă la CETAL de nivelul înalt de tehnologie pe care îl deține, dar și de alte elemente ce nu sunt de neglijat, precum atmosfera de lucru, siguranța lucrului în laborator, transparența și colaborarea între grupurile de cercetare ale centrului. Aceste componente au făcut ca într-un timp scurt, din 2015 până în 2019, grupurile relativ tinere de cercetători să atingă rezultate la nivelul centrelor de cercetare europene de prestigiu, iar centrul CETAL a devenit vizibil și apreciat în rândul comunității științifice internaționale. Acest fapt a permis CETAL să-și atingă obiectivul de a continua activitățile științifice ale INFLPR în cercetări comune cu echipele din consorțiul Laserlab, în cadrul noului proiect Laserlab-Europe V, lansat oficial în noiembrie 2019 la București.

Cercetările comune, frontul principal de dezvoltare
De la o ediție la alta numărul de parteneri din consorțiul Laserlab-Europe a crescut și include în prezent infrastructuri de cercetare renumite din domeniul laserilor, precum CLF - Marea Britanie, LOA - Franța, GSI - Germania, FERMI - Italia, CLPU - Spania și multe altele, dar și parteneri asociați, parteneri industriali, subcontractori. Structura de lucru a consorțiului păstrează în mare parte configurația inițială de la primele ediții ale proiectului, formată din trei axe principale de lucru: cercetări comune (Joint Research Activities), acces la marile infrastructuri de cercetare europene (Transnational Acces), activități corelate cu alte rețele internaționale de cercetare (Networking), la care se adaugă de la ultimele ediții ale consorțiului și direcția de lucru de colaborare cu mediul industrial (Services for Industry).

Activitățile de cercetare în colaborare (Joint Research Activities - JRA) reprezintă partea centrală a consorțiului. Acest pachet de lucru are ca obiectiv îmbunătățirea capacității partenerilor de a dezvolta cercetări la frontierele tehnologiilor cu laser, capabile să genereze aplicații noi și servicii cu impact industrial și asupra societății. Pentru perioada 2019-2023, Laserlab-Europe are propuse două mari direcții de cercetare: dezvoltare de surse de radiații primare și secundare (PRISES) și Tehnologii avansate cu laser pentru imagistică și spectroscopie aplicată în știința materialelor și biomedicină (ALTIS).

Direcția de dezvoltare de noi surse de radiații este una strategică, ce împinge permanent tehnologiile dincolo de limite. Este vorba atât de noi surse laser, numite și surse primare, dar și de surse derivate din interacția laserului cu materia, numite surse secundare, precum sursele de raze X coerente, fasciculele de particule încărcate de mare energie, protoni și electroni, sursele gama de mare intensitate generate de fasciculele laser ultraintense, cu puteri de vârf de la sute de TW la multi PW.

Valoarea cercetărilor în domeniul surselor primare
Aceste cercetări reprezintă realmente declanșatorul unor noi direcții științifice și noi tehnologii. Un bun exemplu este efortul comunității științifice de a pune la punct surse de protoni și ioni accelerați prin interacția țintelor cu pulsurile laser ultraintense. Sunt necesare energii ale protonilor accelerați de ordinul a sute de MeV pentru a utiliza aceste fascicule în domeniul medical, pentru tratarea anumitor tipuri de cancer. Tratamentele de protonoterapie au fost deja demonstrate folosind facilități de tip sincrotroane. Însă, construcția și operare acestor acceleratoare este extrem de costisitoare, drept pentru care centre medicale de acest gen sunt doar câteva în lume. Utilizarea de surse laser ultraintense, de clasă PW, este soluția luată în considerare de cercetători pentru accelerarea protonilor, pentru a face tratamentul cancerului cu fascicul de protoni accesibil unui număr cât mai mare de pacienți. Pentru moment, această metodă este limitată de rata de repetiție a laserilor de clasă PW de ordinul a cateva impulsuri pe minut, sau în cel mai bun caz un puls pe secundă (frecvența de repetiție de 1 Hz). Acest impediment impulsionează cercetările în domeniul surselor primare, adică a instalațiilor laser de mare putere și frecvență de repetiție ridicată. Implicit, se dezvoltă noi ramuri, precum metrologia laserilor de mare putere, tehnologiile de fabricare a componentelor optice speciale și o întreagă industrie conexă.