Laser – od kolébky až po ELI

Ano! Byl to právě Max Planck – němec­ký génius, filozof, „nobelista“ a exce­lentní fyzik. Ten, který stál přímo u kolébky vzniku laseru. Když roku 1900 rozvinul tuto prazákladní myšlenku svým předpokladem, že světlo je tvořeno maličkými částečkami energie – tzv. kvanty, jistě ještě netušil, k jak velkému objevu základní kámen právě po­ložil. Byl to ale zatím jen počátek předlouhé cesty, jež lidstvo postupně dovedla až k mo­derním a výkonným laserovým systémům. Bylo třeba ještě mnoho a mnoho usilovné práce, aby se tyto ideje a vize podařilo uvést do praxe.

Svůj osobitý díl k tomuto výzkumu při­dal i další slavný fyzik Albert Einstein, který postuloval samotnou podstatu laseru, a to tzv. stimulovanou emisi záření – jako jev „symetrický“ k absorpci světelného kvanta. Za vysvětlení jiného jevu spojeného s exis­tencí světelných kvant – fotoelektrický jev – pak Albert Einstein obdržel i Nobelovu cenu za fyziku (1921).

Po pojmenování kvant energie „fotony“ (1926 americký chemik Gilbert Newton Lewis) následovalo další období intenzivní práce a důkladného výzkumu. V šedesátých letech dvacátého století  ke vzniku laseru po­stupně přispělo hned několik vědců. V roce 1964 tak za vynález maseru a laseru obdrželi Nobelovu cenu Charles Hard Townes, Ni­kolaj Genadievič Basov a Alexandr Michaj­lovič Prochorov. Je zajímavé, že tehdy opo­menutému Arthuru Leonardu Schawlowovi byl přiznán podíl na návrhu laseru udělením Nobelovy ceny za související výzkum (spek­troskopii) až o 28 let později.

Tvrdá badatelská práce se vyplatila a 16. květ­na roku 1960 zkonstruoval a spustil prv­ní fungující (rubínový) laser americký fyzik a inženýr Theodore H. Maiman. Současně na spuštění laseru pracovala řada laborato­ří, nejen v USA, ale první může být jen jeden a to byl Maiman. O pouhý rok a půl později (1961) byla v Columbia-Presbyterian Hospi­tal na Manhattanu provedena první unikát­ní operace oka, během níž byl pomocí laseru odstraněn nádor ze sítnice.

A jaká byla situace u nás v Českosloven­sku? Můžeme hrdě říci, že jsme se za svě­tem příliš neopozdili, protože Českoslo­vensko se stalo po USA a Sovětském svazu třetí zemí, která zkonstruovala svůj vlastní funkční laser. Ten první byl spuštěn 9. dub­na 1963 ve Fyzikálním ústavu ČSAV. Jeho tvůrcem byl  Karel Pátek, jenž použil jako aktivní prostředí neodymové sklo. Další z vědců, Helena Jelínková z ČVUT v Praze a Jan Blabla z Ústavu radioelektronického ČSAV, poté postavili rubínový laser, který představili veřejnosti v prostorách praž­ského planetária. A rubínový laser spustil také Dr. Pachman ve Výzkumném ústa­vu Ministerstva národní obrany v Praze. Další skvělý český vědec Tomislav Šime­ček uvedl v Ústavu fyziky pevných látek ČSAV do provozu první polovodičový laser a František Petrů se svým týmem zprovoz­nil první plynový laser v Ústavu přístrojové techniky ČSAV v Brně.

Je velká škoda, že do nestranného vě­deckého bádání zasáhla i politika a od po­loviny šedesátých let došlo v Českosloven­sku na základě intervence Sovětského svazu ve vývoji laserů k útlumu. Teprve v 80. letech mohl další výzkum a vývoj českosloven­ských laserů (konkrétně laserů jódových) opět pokračovat. Fyzikální ústav ČSAV tehdy získal darem výkonový jódový lase­rový systém vyvinutý v Lebeděvově ústavu v Moskvě. Přestavěl ho, pozměnil jeho kon­cepci a uvedl v roce 1985 do provozu pod názvem PERUN. Jeho výkonnější verze – laserový systém PERUN II – byla násled­ně spuštěna v roce 1992. V roce 1997 získal Fyzikální ústav AV ČR ještě výkonnější te­rawattový laser ASTERIX IV z Ústavu fy­ziky plazmatu Maxe Plancka v Garchingu u Mnichova a v roce 1998 v Praze vznik­la společná laserová laboratoř Fyzikálního ústavu a Ústavu fyziky plazmatu – bada­telské centrum PALS (Prague Asterix Laser System).

Ovšem tím opravdu zásadním milní­kem se pro české lasery stal rok 2011, kdy se podařilo prosadit podporu ambiciózní­mu projektu ELI Beamlines. Společně s ELI byl podpořen i projekt menšího laserového centra HiLASE – tedy dvě hvězdy českého laserového výzkumu. A protože se jedná o skutečně grandiózní projekt, rádi bychom vám, našim čtenářům, nyní prostřednic­tvím rozhovoru s profesorem Janem Říd­kým přiblížili současný největší laserový systém na světě – tedy ELI, jehož domovem je Česká republika.

Jana Žďárská: Vážený pane profesore, vý­stavba ELI (Extreme Light Infrastructure) probíhala právě v době, kdy jste byl ředite­lem Fyzikálního ústavu AV ČR. Co pro vás tento projekt znamenal?

Jan Řídký: Především ohromnou zodpo­vědnost. Zodpovědnost za chod největšího ústavu AV ČR, a to i v době krize po roce 2008, zodpovědnost za stavbu ELI, zodpo­vědnost za to, aby tak velká stavba „nepoto­pila“ samotný ústav.

JŽ: Vraťme se ale na začátek, do doby va­šeho dětství. Mohl byste našim čtenářům říci, odkud pocházíte a na jaké okamžiky z této doby nejraději vzpomínáte?

JŘ: Narodil jsem se v Lysé nad Labem. Je tam hezká polabská krajina, mírně zvlněná, borové lesy a slepá labská ramena. Za mého dětství ovšem vypadala příroda o poznání lépe. Koupat se bylo možné celé léto, sinice nebyly. Měli jsme velkou zahradu, kde se dalo něco podnikat celý rok.

JŽ: Co vás tehdy zajímalo? Měl jste už vy­hlédnuté či vysněné nějaké povolání?

JŘ: Asi jako většina chlapců – nejdříve jsem chtěl být hasičem, pak kosmonautem nebo pilotem.

JŽ: Studoval jste SVVŠ, dříve reálné gym­názium v Nymburce. Toužil jste již v té době po badatelské práci?

JŘ: Vlastně ani ne. Jen jsem chtěl přijít na kloub tomu, co mě zajímalo. Proto jsem se rozhodl pro jadernou fyziku. Když jsem končil univerzitu, zkoušel jsem zaměstnání v nemocnici na nukleární medicíně a ve Fy­zikálním ústavu tehdejší ČSAV. Ale tu ne­mocnici jsem bral spíše jako pojistku. Místo ve Fyzikálním ústavu bylo ovšem pro expe­rimentátora, ale mě zaujalo natolik, že jsem se rozhodl jej přijmout.

JŽ: Proč byla pro stavbu ELI vybrána prá­vě Česká republika?

JŘ: Byli jsme připraveni. V roce 1998 proběhlo úspěšně přestěhování velkého la­seru ASTERIX z Německa do Prahy. Tento laser, nově nazvaný PALS (Prague Asterix Laser System), naši fyzici nejen zprovoznili, ale také na něm provedli významné inovace a uskutečnili řadu zajímavých experimentů. Tak bylo všem zřejmé, že máme kvalifiko­vané odborníky a laserovou domácí komu­nitu. V neposlední řadě pak vláda ČR byla ochotna tak velký projekt financovat. V le­tech 2009–2010, kdy se o umístění rozho­dovalo v mezinárodní laserové komunitě, jsme měli podporu řady zemí, které měly o novou mezinárodní infrastrukturu velký zájem, ale z nejrůznějších důvodů by jejich laserová komunita doma nezískala dostateč­nou finanční podporu.

JŽ: Jedná se skutečně o největší laser na světě?

JŘ: Z laserů se postupně stala velmi uži­tečná zařízení s velkým okruhem možného využití a tomu odpovídá i variabilita jejich parametrů, které se ladí podle účelu toho kte­rého laserového zařízení. Takže je to trochu jako když se na otázku „Kdo je největší atlet na světě?“ musíte tazatele zeptat, kterou disci­plínu má na mysli. Ale domnívám se, že běž­ně má veřejnost pod „velikostí“ laseru na my­sli špičkový výkon laseru. V tomto smyslu jeden ze čtyř laserů uváděných do provozu v Dolních Břežanech skutečně patří do třídy s plánovaným výkonem 10 PW. Takových se momentálně projektuje nebo staví po světě méně než deset. Žádný z nich se ještě k hra­nici 10 PW nedostal a samozřejmě bychom rádi této mety dosáhli jako první.

JŽ: Kdo a jakým způsobem tuto náročnou stavbu financoval?

JŘ: Stavba a vývoj technologií byly finan­covány z operačních programů OP VaVpI (Výzkum a vývoj pro inovace) v letech 2011 až 2015 a z OP VVV (Výzkum, vývoj, vzdě­lávání) v letech 2016 až 2018. V rámci OP VaVpI tehdy hradila Evropská unie 85 % a Česká republika 15 % nákladů. AV ČR hradila tzv. neuznatelné náklady. V případě OP VVV hradila EU opět 85 % nákladů, ČR 10 % a AV ČR 5 % spoluúčast a neuznatelné náklady.

JŽ: Je nějak stanoveno, kdo může navrho­vat výzkumné projekty pro ELI a které státy mají k laserům v ELI přístup?

JŘ: ELI se již brzy stane, jak doufáme, organizací označovanou jako ERIC. Tato zkratka znamená European Research Infra­structure Consortium. Konsorcium je zřizo­váno podle unijního práva a v praxi to zna­mená, že státy sdružené v takové organizaci financují a rozhodují o provozu nějaké vý­znamné výzkumné infrastruktury. Podmín­kou založení je účast nejméně tří členů EU, ale dalšími členy mohou být i státy mimo Unii. To je z pohledu organizační struktu­ry. Pak je tu ještě hledisko vědecké a z to­hoto hlediska může navrhnout experiment na ELI kterýkoli vědec z celého světa. O tom, zda jeho projekt bude uskutečněn, rozhodu­je pouze vědecká kvalita návrhu. Děje se to v kampaních – výzvách, kdy ELI vyzve světovou komunitu vědců k podávání návr­hů na experimenty v určitých oborech. Ty pak posuzuje skupina mezinárodně uznáva­ných odborníků. Již vloni jsme vyhlásili tzv. nultou výzvu, abychom naladili celý systém. V rámci ní jsme například provedli měření navržená vědcem z Nového Zélandu.

JŽ: Mohl byste našim čtenářům přiblížit, jaké jsou provozní náklady laserových systé­mů ELI?

JŘ: Provozní náklady ELI Beamlines jsou pro plný provoz stanoveny na úrovni 25 mil. eur ročně, tj. necelých 700 mil. Kč. Polovinu nákladů tvoří výdaje na platy zaměstnanců, další náklady jsou rozděleny mezi energie, údržbu technologií, materiál apod.

JŽ: Kolik pracovníků v současné době la­sery obhospodařuje a jak rozsáhlá a náročná je to činnost?

JŘ: Provoz každého ze čtveřice velkých laserových systémů vyžaduje tým čítající přibližně deset specialistů různých profesí. Další se zabývají vývojem laserových tech­nologií. Celkově má nyní centrum 310 za­městnanců. V tomto počtu jsou zahrnuty zejména skupiny pracovníků pro obsluhu samotných laserů a interní experimentál­ní týmy, ale také specialisté, kteří se starají o čisté prostředí v laserových halách, klima­tizaci, chlazení, bezpečnost provozu, počíta­čové zabezpečení, logistiku provozu, design mechanických částí, jejich výrobu, nákup, elektrické rozvody, rozvody sítí a jejich dia­gnostiku – je toho skutečně mnoho. Velkým oříškem je toto vše manažersky skloubit. V téhle souvislosti musím zmínit Ing. Hvěz­du, který toto vše zvládl už během výstavby centra a zvládá to i nyní při přechodu na ply­nulý provoz.

JŽ: Kolik laserů již v ELI funguje a s koli­ka lasery se počítá pro jeho plný provoz?

JŘ: Fungují všechny čtyři plánované lase­ry. Každý v trochu jiném režimu, ale postup­ně jsou uváděny do provozu všechny. Nejdá­le jsou lasery  L1 a L3. Laser L1-ALLEGRA, který byl plně vyvíjen a stavěn ve Fyzikál­ním ústavu, již poskytuje svazky pro řadu fyzikálních aparatur, na kterých v loňském roce probíhaly experimenty výše zmíněné nulté výzvy.

Laser L2 je v trochu zvláštní situaci. Pů­vodně byl plánován jako laser s výkonem 1 PW a frekvencí výstřelů 10 Hz založe­ný na technologii keramické aktivní části a kryogenního chlazení. S obdobnými pa­rametry, avšak na bázi neodymových skel a při pokojové teplotě, byl navržen i laser L3. Bylo to projevem obezřetnosti, protože v nultých letech tohoto století, kdy bylo celé ELI koncipováno, ještě žádný takový výko­nový laser využívající laserové diody, tzn. plně polovodičovou technologii pro čerpá­ní zesilovačů nefungoval a bylo tedy celkem přirozené spolehnout se na dvě alternativní technologie. Během stavby ELI se ukázalo, že obě technologie fungují dobře, ale také že cena kompletního systému L2 a čas po­třebný k jeho stavbě by byly větší a delší než u systému L3. Rozhodli jsme se proto využít postavený první stupeň L2, který je v provo­zu, a celý laser dostavět vlastními silami tak, aby podstatně rozšířil možnosti ELI Beam­lines. Laser přejmenovaný na L2-DUHA bude využívat pro zesílení ultrakrátkých pulzů nelineární optickou technologii OP­CPA a díky vysoké opakovací frekvenci až 50 Hz bude využíván zejména pro urychlo­vání elektronů.

Laser L3-HAPLS s navrhovaným výko­nem 1 PW a frekvencí výstřelů 10 Hz, po­stavený ve spolupráci s americkou Lawrence Livermore National Laboratory, je založen na technologii neodymových skel. Je to je­diný PW laser na světě schopný poskytovat frekvenci výstřelů vyšší než 1 Hz. Již také funguje a postupně se v rutinním provozu přibližuje nominálním parametrům. Od za­čátku roku 2019 s jeho využitím proběhla řada zajímavých experimentů zaměřených především na urychlování protonů.

Ten nejsilnější laser – L4-ATON – již také v základním režimu funguje. To znamená, že poskytuje pulzy s energií 1,5 kJ při frek­vencí zhruba jeden pulz za minutu. Po do­končení obřího kompresoru pulzů, který je při své délce 18 m a výšce 4 m jedním z nej­větších zařízení tohoto druhu na světě, bude možné zkrátit délku pulzů na 150 fs a dosáh­nout tak špičkového výkonu 10 PW.

Je to ohromné penzum práce, která za­čala naplno někdy v roce 2010, takže letos slavíme vlastně 10. výročí. Při této příleži­tosti nemohu nezmínit dva hlavní „otce“ la­serových systémů – Dr. Ruse a Dr. Bakuleho z Fyzikálního ústavu AV ČR.

Prof. Jan Řídký, DrSc., narozený v Lysé nad Labem v roce 1951, absolvoval studium teore­tické jaderné fyziky na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy v Praze. Od ukončení studií v roce 1975 pracuje ve Fyzikálním ústavu AV ČR (dříve ČSAV). Vědecky působí v oblasti experimentální fyziky elementárních částic a kosmického záření. Kandidátskou disertační práci obhájil v roce 1983. Poté více než sedm let strávil v zahraničí ve Spojeném ústavu ja­derných výzkumů v Dubně a v CERNu. Od roku 1997 se podílí na mezinárodním projektu ob­servatoře Pierra Augera. V letech 2006–2010 vykonával funkci koordinátora fluorescenční­ho detektoru observatoře. V roce 2010 obhájil vědecký titul DrSc.

Ve Fyzikálním ústavu AV ČR působil v le­tech 1991–2005 jako vedoucí oddělení experi­mentální fyziky elementárních částic, v letech 2005–2007 jako vedoucí sekce optiky a v letech 2007–2017 jako ředitel ústavu. Mimo to byl čle­nem Vědecké rady Fyzikálního ústavu AV ČR (1992–1998) a členem oborové rady Grantové agentury ČR (2000–2005). V období 2001–2007 byl delegátem České republiky v Evropském výboru pro budoucí urychlovače (RECFA). Z po­zice ředitele ústavu se podílel na řadě projektů financovaných ze strukturálních fondů (OP PK, OP VaVpI a OP VVV), z nichž svým mimořádným mezinárodním významem vyniká zejména pro­jekt ELI. Od roku 2017 je členem Akademické rady a místopředsedou AV ČR pro oblast věd o neživé přírodě.

Jeho pedagogická činnost obnáší výběrové přednášky na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci a na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. Na obou univerzitách je také členem oborových rad doktorských studijních programů. Byl ško­litelem nebo konzultantem 11 obhájených doktorských prací. V roce 2008 se habilitoval na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého, v roce 2014 zde byl jmenován i profesorem. Je autorem nebo spoluautorem více než 400 expe­rimentálních prací s cca 14 000 citacemi.

S manželkou Evou mají čtyři dospělé syny a žijí v Praze.

JŽ: Mohl byste prosím ještě shrnout, jaký je jejich výkon?

JŘ: V současné době je laser L1 ALLEG­RA používán při výkonu 1 TW a frekvenci výstřelů 1 kHz. Laser L2 DUHA bude posky­tovat až 200 TW s pulzy na frekvenci 50 Hz, L3 HAPLS 1,5 PW na frekvenci 10 Hz a L4 ATON 10 PW s četností výstřelů jednou za minutu.

JŽ: Jaké je plánováno vytížení laserů a provádějí se experimenty i v noci?

JŘ: Zatím ne. Dokud lasery nedosáhnou plného rutinního provozu, neplánujeme takový režim provozu. Netýká se to pouze použití samotných laserů. Do naprosto ru­tinního automatického provozu musejí být uvedeny i všechny podpůrné systémy, jako klimatizace, různé okruhy chlazení, napá­jení, vakuové systémy atd. Každý z těchto servisních systémů byl sice předán doda­vatelem, ale nyní musí dojít k plné integra­ci jejich provozu. Přitom chod řady z nich ovlivňuje provoz ostatních, jsou zde zpětné vazby a samozřejmě na všech závisí fungo­vání laserů – stále se máme co učit.

JŽ: Jakým způsobem se provádí kalibra­ce laserů?

JŘ: Lasery s velkým výkonem jsou velice nákladné, jejich svazky přenášejí obrovský výkon a jakákoliv nepřesnost při cestě kaž­dého pulzu zařízením by mohla vést k vel­kému poškození některé jeho části. Proto tzv. diagnostika svazku je pro jejich chod naprosto zásadní. V praxi se jedná o to, že v každém kritickém uzlu laseru je monito­rována řada parametrů svazku. Zejména se jedná o délku a tvar rozložení pulzu v čase, jeho celkovou intenzitu, ale i homogenitu a tvar příčného rozdělení intenzity záření v pulzu, jeho spektrální složení a podob­ně. Tyto parametry se měří sofistikovanou optoelektronickou soustavou prvků, za­hrnujících například nelineární krystaly, spektrometry a kompaktní interferometry umožňující konverzi do struktur deteko­vaných posléze CCD senzory, fotodiodami a podobně.

JŽ: V systému laserů ELI je plánován růz­norodý výzkum v oborech od lékařství po as­trofyziku. Je už známo, jaký základní vý­zkum fyziky zde bude probíhat?

JŘ: Lasery slouží jednak jako nástroje, které pomáhají řadě vědních oborů, ať již se zabývají základním výzkumem nebo vý­zkumem, který směřuje k nějaké aplikaci. Používají se k nejrůznějším formám spekt­roskopie, ke zkoumání povrchů nebo k zob­razování struktury vzorků. Tyto vzorky pak mohou být součástí výzkumu nových ma­teriálů, chemických reakcí nebo se může jednat o proteiny, viry či jiné organismy pro biologický výzkum. Další velkou oblastí využití laserů ve výzkumu je jejich schop­nost urychlovat částice a vyvolávat jaderné reakce. Oba tyto aspekty mohou sloužit jak ve fyzikálním, tak v biologickém výzku­mu. V neposlední řadě jsou lasery schopné vytvářet husté plazma různých vlastností. Konkrétně tedy ve fyzice je možné studovat problémy atomové a molekulární fyziky, fy­ziky pevných látek a rovněž napodobit stav hmoty existující v nejrůznějších vesmír­ných objektech, například v obřích plane­tách, stelárních objektech apod. Dále je pak pomocí výkonových laserů možné studovat některé jaderné reakce a rovněž problémy termojaderné syntézy. Na koordinaci růz­ných výzkumných směrů má velkou záslu­hu Dr. Korn, který k nám přišel na samém začátku budování ELI Beamlines z Ústavu Maxe Plancka v Mnichově.

JŽ: Jaký typ biomedicínského výzkumu se zde bude provádět a jaké by z něj mohly být praktické aplikace v mezioborovém využití?

JŘ: Jak už jsem uvedl dříve, provádí se zobrazování proteinů, virů, buněk nebo i vyšších organismů. Je možné zkoumat i chemické děje a vlastnosti různých mo­lekul se vztahem k biologii. Dále se připra­vujeme k ozařování biologických preparátů protony nebo i těžšími ionty. To vše může vést k aplikacím ve farmakologii nebo had­ronoterapii.

JŽ: Nepochybně velké naděje vědci vkláda­jí do výzkumu otázek laboratorní astrofyziky. Myslíte, že zde bude možno například simu­lovat prostředí odpovídající nitru hvězd? 

JŘ: Pro astrofyziku má velký potenciál tvorba a výzkum vlastností plazmatu, kte­ré se vyskytuje jak v atmosféře, tak i v jádru hvězd. Budeme schopni měřit parametry hmoty v podmínkách odpovídajících tlakům v nitru obřích planet, studovat rázové vlny odpovídající explozi supernovy a podobně. Samozřejmě se jedná o plazma různé teploty a hustoty a právě možnost takové podmín­ky připravit v laboratoři je nesmírně lákavá.

JŽ: Jaké praktické výstupy jsou očekávány v oblasti lékařství, zobrazovacích metod, ra­dioterapie a optice?

JŘ: Už výše jsem zmínil farmacii a had­ronoterapii. Vyspělé zobrazovací metody biologických vzorků na buněčné úrovni mohou být přínosné při studiu imunitních reakcí nebo nádorového bujení. V oblasti hadronoterapie lasery umožňují zkoumat působení i těžších částic, než jsou protony. Takovou možnost dávají urychlovače jen zřídka a variabilita použitých iontů je pak malá. V neposlední řadě se rozbíhá studium možnosti používat lasery jako urychlovače pro klasickou protonovou terapii.

JŽ: Mohl byste nám osvětlit, co si může­me představit pod pojmem „bílá kniha ELI“?

JŘ: Tak to se musíme vrátit trochu do his­torie. Již v 90. letech minulého století zača­la spolupráce velkých evropských lasero­vých infrastruktur s cílem umožnit přístup k těmto zařízením všem evropským vědcům v oboru. To vyústilo v první projekt typu Cooperation Network v rámci FP5 s ná­zvem LASERNET financovaný Evropskou unií v letech 2001–2004. Toto sdružení na­dále pokračuje v činnosti, nyní pod jménem Laserlab Europe, a má zajištěné financování nejméně do roku 2023. Uvnitř tohoto sdru­žení evropských odborníků na lasery se zro­dila myšlenka koncentrovat lidské i finanční prostředky a postavit laserové zařízení nové generace. V kondenzované formě tuto myš­lenku vyjádřil Gérard Mourou¹ a předložil ji Evropskému strategickému fóru pro vý­zkumné infrastruktury (ESFRI). Jednalo se údajně o text na jednu stránku formátu A4. Od roku 2007 toto kolektivní úsilí získalo fi­nanční podporu EU a organizační strukturu ve formě projektu ELI PP, kde PP stojí za Pre­paratory Phase – přípravná fáze. Finálním výsledkem projektu je právě vámi zmíněná bílá kniha ELI. Je pod ní podepsáno více než 170 autorů převážně z Evropy, včetně České republiky, ale i z Japonska a USA. Kniha má přes 500 stránek a obšírně shrnuje současný stav laserové fyziky i schéma projektu ELI, rozděleného na ELI Beamlines, ELI ALPS a ELI NP. Popisuje jejich strukturu, zaměře­ní a plánované parametry laserů. Něco jako stavební plán. Kniha byla dokončena v roce 2011, v té době jsme podle ní již postupovali.

JŽ: Od ELI se očekávají nové poznatky v oblasti výzkumu ultraintenzivních polí a ultrarelativistického režimu. Co si pod tím­to pojmem můžeme představit?

JŘ: Laserový pulz je vlastně „balíček“ elektromagnetického záření lokalizovaný v prostoru a v čase. Vysokovýkonové lase­ry nám umožňují do takového balíčku vlo­žit pole s velmi vysokou intenzitou a zkou­mat jeho vlastnosti a účinky. Díky ELI jsme schopni vytvořit v laboratoři podmínky jako nikdy předtím. Vyjádřeno v číslech, posune­me se z relativistického režimu, kdy inten­zita pole dosahuje hodnot 10¹⁸–10²⁰ W/cm² o několik řádů blíže k ultrarelativistické ob­lasti s intenzitami nad 10²⁴ W/cm², kdy in­tenzita pole by měla vést ke vzniku e⁺e^- párů ve vakuu.

JŽ: Předpokládá se, že by laserové cent­rum ELI mělo posílit pozici Evropy ve světo­vém laserovém výzkumu. Jakým způsobem by toho bylo možné docílit?

JŘ: V ELI Evropa získá infrastrukturu, jaká dosud ve světě není. Doufejme něco jako CERN pro lasery. Samozřejmě CERN má za sebou téměř sedmdesátiletou histo­rii, mnoho úspěchů a představuje obrovskou koncentraci lidského potenciálu a know­-how v oblasti částicové fyziky, jaderné fy­ziky, technologií urychlovačů a detektorů. Držme palce, aby za deset let bylo ELI tomu­to ideálu blíže. Každopádně svět již nyní ELI zaznamenal a například prestižní sdružení Národních akademií USA ve svém reportu z roku 2017, který je celý věnován proble­matice laserů s intenzivními ultrakrátký­mi pulzy, tedy s velkým výkonem, dává ELI za vzor, jakým by se USA měly řídit.

JŽ: Jedním z cílů výzkumu v ELI je vývoj nových metod ve zpracování jaderného od­padu. Už tento výzkum začal? A jakým smě­rem by se měl ubírat?

JŘ: Tím, že lasery jsou schopné urych­lovat různé ionty, mohly by vyhořelé pa­livo z jaderných elektráren transmutovat na méně nebezpečné prvky s kratšími po­ločasy rozpadu. Ty by se daly snadněji skla­dovat. Zatím jsme u počátečních studií a domlouváme se na spolupráci s Centrem jaderného výzkumu Řež, což je dceřiná or­ganizace ČEZ.

JŽ: Jak se na výzkumu v ELI podílejí dok­torandi a celkově nová generace vědců?

JŘ: Doktorandi a postdoci mají pro ELI ohromný význam. Tvoří 15 % všech vědec­kých pracovníků, a protože ELI je opravdu běh na dlouhou trať, úloha těch současných bude zásadní. A bude na nich, aby opět vy­chovali další generaci.

JŽ: Je ELI otevřeno i laickým návštěvní­kům? Je možné navštívit některé provozy, nebo se počítá se zbudováním informační­ho centra podobně jako například v jaderné elektrárně Temelín?

JŘ: Už pominuly doby, kdy do budova­ných experimentálních a laserových hal mohli volně návštěvníci. Všechno to jsou dnes již čisté prostory, kam mohou lidé cho­dit jen v ochranných oblecích a za přísných bezpečnostních opatření. Do laserových hal je nyní možné nahlédnout z návštěvnické galerie v době, kdy lasery nepracují. Ná­vštěvník však o nic nepřijde, laserové i expe­rimentální haly je možné prohlížet kdykoli ve virtuální realitě. Kromě toho se návštěv­níci dozvědí mnoho zajímavého o výzkumu a jeho fyzikálních základech z řady panelů a případně i z výkladu průvodce. V nepo­slední řadě pak mohu doporučit malou, ale velmi zajímavou expozici vzniklou z archeo­logického průzkumu stavebního pozemku. Místo dnešního ELI Beamlines je obývané již od dob mladšího neolitu! Do budoucna plánujeme stavbu specializovaného návštěv­nického centra.

JŽ: A těsně před závěrem bych se ráda zeptala na otázku, která mi tak trošku vrtá hlavou. Co by se stalo, kdyby se – čistě hypoteticky – laserový paprsek v ELI dostal z la­boratoře ven? Kam a jak daleko by letěl?

JŘ: To je dosti hypotetická otázka – zá­leží, ve které fázi. Když svazek míří na terč, má ohromnou intenzitu a je koncentrován do bodu; pak se zase začne rozbíhat a intenzi­ta klesá. Když se svazek přivádí k experimen­tálnímu zařízení a nerozbíhá se, je rozostřený v příčném průřezu na velkou plochu, aby jeho intenzita nezničila optiku. Ale když se tedy pokusíme přiblížit k představám „Star Wars“, tak nejdříve by musel překonat 1,6 metru tlustou betonovou zeď a pak by pokračoval do okolní zeminy. Paprsky jsou totiž vyve­deny do experimentů v suterénu. Ten nejsil­nější 10 PW by asi způsobil menší výbuch, protože by se vlhkost v zemi nesmírně rychle proměnila v páru. Ovšem pokud by nějaký obr naklonil celé ELI tak, aby paprsek mířil do vzduchu, pak by dolétl hodně daleko. La­serem se například měřila přesně vzdálenost Země–Měsíc odrazem od zrcadla, které tam zanechali američtí astronauti.

JŽ: Stál jste u zrodu ELI a na jeho provozu spolupracujete i nadále. Jaké úspěchy byste ELI do budoucna přál vy osobně?

JŘ: Co nejvíce co nejzajímavějších obje­vů! I když se výzkumná činnost může zdát pracná a zdlouhavá, věda je nesmírně vzru­šující, a pokud je někdy odměněna nečeka­ným výsledkem, nelze si přát více…

JŽ: Vážený pane profesore, děkuji vám za zajímavé informace a za celou redakci bych vám ráda popřála mnoho důležitých objevů, které prostřednictvím ELI v budouc­nu dozajista přijdou.

---