Prof. Sergey Vladimirovich Bulanov
Kristýna Pavlovská
Urychlování elektronů poháněné femtosekundovými lasery s vysokým špičkovým výkonem teoreticky předpověděli v roce 1979 Tajima a Dawson. Skvělý nápad používat laserem řízené plazmové vlny byl experimentálně demonstrován před více než deseti lety a v současné době se tato technika denně používá v mnoha laboratořích po celém světě. Hlavní koncept elektronové akcelerace je založen na skutečnosti, že silný laserový pulz může řídit „elektronové buzení“ do plazmového média, podobně jako „vodní buzení“ vytvořené člunem surfujícím v moři.
urychlování protonů
Toto laserem generované probuzení produkuje obrovské elektrické pole, takzvané „laserové probuzení pole“, které zase velmi efektivně zrychluje elektrony na krátkou vzdálenost (obvykle méně než 1 cm). Laserové „probuzení“ může urychlovat elektrony s energetickým ziskem přibližně 100 MeV v 1 mm, což znamená, že tato akcelerační technika je ve srovnání s konvenčními urychlovači extrémně kompaktní (standardní RF Linac urychluje elektrony se ziskem přibližně 35 MeV v 1 m). Výsledek rychlého vývoje laserem poháněného elektronového zrychlení je evidentní a je doložen skutečností, že v malých a středních laboratořích jsou v současné době k dispozici svazky elektronů s energií přibližně 1 GeV. Dále se používají pro generování sekundárních zdrojů, které byly dříve k dispozici pouze ve velkých infrastrukturách. Tato oblast výzkumu je velmi dynamická a slibná; ve skutečnosti byly elektronové paprsky třídy GeV experimentálně demonstrovány před asi 10 lety pomocí laseru se špičkovým výkonem asi 40 TW a v poslední době byly více než 4 elektrony GeV zrychleny pomocí 300 TW na cíl [2]. Laserové systémy, které budou k dispozici u společnosti ELI Beamlines, tedy se špičkovým výkonem 1 PW (1000 TW) při vysoké frekvenci opakování (10 Hz) a 10 PW při nízké rychlosti opakování (1 výstřel za minutu), určitě nabídnout výzkumné komunitě zcela nové možnosti. Laserem zrychlené elektronové paprsky mohou být potenciálně použity pro různé společenské aplikace (např. Generováním sekundárních zdrojů rentgenových a gama paprsků) a současně umožňují a potvrzují inovativní fyzikální mechanismy navržené vědeckou komunitou, jak je podrobně popsáno v bílé knize ELI [1]. Program elektronové akcelerace, který je implementován v ELI Beamlines, je koncipován tak, aby z dlouhodobého hlediska vyhověl experimentům pokrývajícím oba aspekty. Platforma HELL (High-energy ELectron-acceleration by Laser) (přidat hypertextový odkaz na stránku na „platformě HELL“) vyvinutá v ELI Beamlines tak usnadní provádění experimentů zaměřených na využití sekundárních zdrojů (díky uživatelsky přívětivé funkce „paprsků“, které budou zaměřeny na potřeby uživatelů), stejně jako pokročilý experiment, který bude vyžadovat použití hlavního zdroje elektronů (díky flexibilním funkcím „platformy“) k vývoji a testování inovativních schémat, v s cílem zlepšit techniky zrychlení a ověřit nové modely.