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

Un alt exemplu de cercetare abordată de parteneriatele Laserlab-Europe V, în care și echipa de cercetare din CETAL este implicată, se referă la dezvoltarea surselor de raze X coerente pentru imagistică cu contrast de fază. Această tehnică este de mare interes pentru viitoarea generație de tomografe de raze X de înaltă rezoluție, ce vor fi utilizate mai ales în sectorul medical pentru detecția precoce a tumorilor.

Beneficiile tehnologiilor avansate cu laser
Aceste tehnologii joacă un rol important pentru dezvoltarea metodelor de imagistică și spectroscopie, aplicate în majoritatea domeniilor, în biomedicină, bio- și nano-materiale și științele mediului înconjurător. Echipamentele pentru imagistică sunt într-o continuă dezvoltare pentru a răspunde cerințelor actuale de înaltă rezoluție spațială și temporală, de scalabilitate a capacității de investigare de la nivelul nanometric al unei singure molecule, la nivelul micrometric al țesuturilor biologice, până la nivelul unui întreg organ. În parteneriatele Laserlab-Europe sunt studiate noi tehnici de excitare fotonică in vivo, neinvazive, sunt testate noi tehnici de detecție, noi algoritmi de procesare a datelor pentru a obține informații relevante despre stimuli bio, despre funcționarea celulelor, a celulelor stem sau a celulelor canceroase, precum și informații despre răspunsul țesuturilor vii la anumite medicamente. Și în acest domeniu INFLPR este implicat cu un grup de cercetare, CETAL-PhIL, ce contribuie în consorțiu cu dezvoltarea unei stații de nanoscopie, capabilă să pună în evidență informații spațiale și temporale despre mecanismele de citochineză a celulelor canceroase, cu scopul de găsi soluții de inhibare a multiplicării acestora în organism.

Pentru a lărgii spectrul de informații ce pot rezulta din investigarea materialelor, de la țesuturi biologice la materiale semiconductoare avansate, unele din grupurile implicate în consorțiul Laserlab lucrează la dezvoltarea de tehnici noi de investigare, precum spectroscopia ultrarapidă din domeniul THz la XUV și instrumente de tip pump-probe ce permit obținerea de date despre procesele fizice ce au loc la nivel temporal de ordinul femtosecundelor și chiar attosecundelor. Nu în ultimul rând, tehnologiile laser sunt studiate de grupurile de cercetare pentru aplicații din domeniul mediului înconjurător, al schimbărilor climatice, studiul ecosistemelor, al poluanților, calitatea aerului și a apelor.

Avantajele accesului la marile infrastructuri de cercetare europene
Un alt pachet de lucru al consorțiului Laserlab-Europe este dedicat organizării accesului la marile infrastructuri de cercetare europene (Transnational Acces). Laserlab-Europe are o bine-cunoscută reputație de stimulare a mobilității tinerilor cercetătorilor și nu numai, din Europa sau din țările asociate, prin acordarea de suport financiar pentru stagii de lucru individuale sau pentru grupuri de cercetare, pentru derularea de experimente la infrastructurile din rețeaua Laserlab. Acest gen de finanțare a colaborărilor științifice a fost des accesată inclusiv de o parte din membrii echipelor din CETAL, fapt care, pe de-o parte a favorizat formarea profesională de calitate a personalului, pe de altă parte a contribuit la o mai ușoară integrare a echipelor în structurile Laserlab-Europe, la momentul aderării în consorțiu.

Importanța Networking-ului
O direcție importantă de activitate a Laserlab-Europe constă în relaționarea cu alte rețele și infrastructuri de cercetare din lume, precum și cu sectorul industrial (Networking). Aici este de menționat în mod particular cooperarea dintre consorțiul Laserlab-Europe și Infrastructura Luminii Extreme - ELI, cu cele trei componente din Cehia, Ungaria și România: ELI-Beams, ELI-Alps și ELI-NP, ca părți ale unui consorțiu european de infrastructuri de cercetare - ERIC.

Liant între consorții, suport pentru ELI-NP
CETAL, ca membru al consorțiului Laserlab-Europe și totodată, prin proximitatea locației sale cu cea a sistemul laser ELI-NP, pe platforma de fizică de la Măgurele, poate juca un eventual rol constructiv în colaborarea dintre Laserlab și ELI. De altfel, încă de la concepția proiectului CETAL, un obiectiv de bază a fost construirea la INFLPR a unui sistem laser de putere de vârf de 1 PW, compatibil cu ce urma să devină laserul de 10 PW de la ELI-NP. CETAL-PW face parte din strategia de dezvoltare în România a laserilor ultraintenși. Acesta a fost instalat încă din 2014 la INFLPR, tocmai pentru a accelera implementarea sistemului de 10 PW de la ELI-NP, prin formarea din timp a unor echipe de cercetare și specialiști pentru operarea laserului, pentru testarea preliminară a unor experimente cu laser de mare putere la un nivel mai redus de intensitate sau inclusiv pentru verificarea și optimizarea unor segmente critice ale tehnologiei folosite la fabricarea laserului de 10 PW.

România are un avantaj deosebit față de alte țări să găzduiască în aceeași zonă de lucru, pe platforma de la Măgurele, sisteme laser cu puteri în cascadă: ELI-NP la putere de vârf de 10 PW, CETAL-PW de la INFLPR cu puterea de 1 PW, sau chiar sistemul de 10 TW - TEWALAS - instalat în 2009 tot la INFLPR. Costurile de operare pentru o infrastructură laser de 10 PW sunt extrem de mari și se raportează la numărul total de pulsuri laser pe care sistemul le livrează într-un an. Implementarea experimentelor la nivel de 10 PW presupun etape intermediare de pregătire a unor părți din experimente, precum testarea unor componente, testarea echipamentelor de detecție, sau chiar verificarea experimentelor în sesiuni de lucru la puteri mai mici. Din acest motiv, optimizarea timpului de acces pentru utilizatori este foarte importantă pentru a menține un cost redus per puls laser utilizat efectiv în experiment. Optimizarea costurilor de operare se poate face prin pregătirea experimentelor la puteri mai mici, în regim de sute de TW sau chiar mai jos, unde și costurile sunt mult reduse. Prin poziția de membru Laserlab, la CETAL se pot pregăti experimente concepute împreună cu specialiști din Europa, ca pas intermediar pentru desfășurarea la puterea livrată de sistemul ELI-NP.

Experimente de accelerare de electroni și perspectivele deschise
De altfel, pentru unul dintre experimentele prevăzute a se desfășura la ELI-NP, o primă etapă a fost deja validată în perioada octombrie-noiembrie 2019 la CETAL-PW. Este vorba de experimentul de accelerare de electroni la care, pentru prima dată în România, s-au atins energii de 370 de MeV, obținuți la interacția dintre laserul de mare putere de la CETAL și ținte gazoase. Sesiuni de experimente de accelerare de particule, protoni și electroni, s-au realizat și în perioada 2015-2018. De la an la an, echipa de cercetători de la CETAL a reușit să găsească soluții tehnice pentru optimizarea parametrilor de fascicul laser și atingerea unor energii de accelerare în domenii de interes pentru aplicații. Acest tip de experiment deschide două noi perspective și aplicații. O direcție este trasată de interesul Agenției Spațiale Europene - ESA, pentru a dezvolta la sol laboratoare de simulare a radiației cosmice pentru testarea ecranării echipamentelor ce urmează a fi lansate în misiunile spațiale ce vor urma. Electronii accelerați de plasma laser generată în jet de gaz au caracteristici energetice similare radiației din spațiul cosmic. În acest sens, radiația cosmică este simulată în laborator și se poate testa comportamentul echipamentelor electronice, al costumelor de protecție și chiar algoritmi software special concepuți pentru astfel de misiuni.