Magyar innováció a nemzetközi ELI-ALPS-ban
Mire vonatkozik a K+F megbízás?
– Valójában a feladatunk több mint egy szokásos K+F tevékenység. Az ELI megbízása alapján végzett K+F tevékenységünk végeredménye ugyanis nem tudományos dolgozat, szabadalom vagy egy prototípus, hanem két felhasználóbarát kutatási eszköz. Az egyik egy nemlineáris terahertzes (THz-es) spektrométer. Olyan eszköz, amellyel a látható fénynél százszor kisebb, terahertzes frekvenciatartományon lehet nyomon követni különböző anyagokban lejátszódó ultragyors folyamatokat. A vizsgálható anyagok köre nagyon széles: félvezető nanostruktúra, szupravezető, mágneses struktúrák, molekulakristályok, DNS stb.A másik eszköz egy extrém nagy energiájú terahertzes impulzusforrás. Ennek legalább 10 hertz ismétlési frekvenciával kell működnie, és az impulzusenergiának több mint 1 millijoule-nak kell lennie. Itt a tudományos kihívást mutatja, hogy az eddig előállított legnagyobb terahertzes impulzus 0,4 millijoule. Ennél tehát több mint kétszer nagyobb energiát kell elérni. Az alapkutatáson kívül mérnöki fejlesztésre is szükség van annak érdekében, hogy a kifejlesztendő nagyobb energiájú eszköz a nap 24 órájában folyamatosan stabilan működjön, és távvezérelhető legyen.
Hogyan sikerült megszerezniük ezt a megbízást?
– Több mint egy évtizede foglalkozunk intenzív terahertzes impulzusforrások fejlesztésével. Kidolgoztuk a döntött impulzusfrontú gerjesztés technikáját. Ezzel a módszerrel az elmúlt tíz évben több nagyságrenddel sikerült növelnünk a terahertzes impulzusok energiáját. Hét év óta mi tudjuk előállítani a legnagyobb energiájú terahertzes impulzusokat, jelenleg a fent említett 0,4 millijoule értékkel. A módszer fejlesztése során több szabadalmi bejelentést tettünk. Ez a szakmai háttér biztosította, hogy a közbeszerzési eljárást megnyerjük.
Mire lehet használni az extrém nagy energiájú terahertzes impulzusokat?
– Az ELI-ALPS fő célkitűzése a minél rövidebb, úgynevezett attoszekundumos fényimpulzusok hatékony előállítása és azok tudományos kutatás céljára történő felhasználása. Szegedi kutatókkal közös elméleti vizsgálataink azt mutatják, hogy intenzív terahertzes impulzusok segítségével körülbelül 30 százalékkal rövidebb attoszekundumos impulzusokat lehet előállítani, az attoszekundumos impulzusok energiáját pedig százszorosra lehet növelni.
Egy másik fontos alkalmazási terület (ami szintén kapcsolódik az ELI-ALPS-hoz) töltött részecskék, például elektronok vagy protonok gyorsítása. Az ábrán egy terahertzes impulzusokkal meghajtott elektrongyorsító elvi rajza látható. Hasonló elrendezéseket nagy energiájú lézerekkel történő meghajtással javasoltak korábban. Azonban ezekhez az alkalmazásokhoz a terahertzes impulzusok a hosszabb (néhány tized milliméter) hullámhosszuk miatt sokkal alkalmasabbak, mint az 1 mikrométer hullámhosszú lézerek. Ugyanis a gyorsító struktúrákban az a szabad csatorna, amelyben az elektron, illetve a protoncsomag halad a szilíciumrácsok, illetve protongyorsító esetén LiNbO3 (lítium-nióbát) prizmák között, nem lehet nagyobb, mint az alkalmazott lézer vagy terahertzes impulzus hullámhossza. Emiatt lézerimpulzusok használatakor csak nagyon kis kiterjedésű, és emiatt nagyon kis töltésű részecskecsomagot lehet gyorsítani. Terahertzes impulzusok használata esetén viszont akár több száz pC (pikocoloumb) össztöltésű részecskecsomagok is gyorsíthatóak. 2 M V/cm csúcs-térerősségű terahertzes impulzusokkal, az ábrán látható szerkezetű, 5 centiméter hosszú gyorsítóval több mint 5 megaelektronvolttal lehet növelni az elektronok energiáját, azaz 100 MeV/m gyorsítási gradiens érhető el. A terahertzes protongyorsító is hasonló értékkel rendelkezik, így van esély arra, hogy több, néhány centiméter hosszú terahertzes protongyorsító egymás utáni alkalmazásával mindössze néhány méteren 100 megaelektronvoltnál nagyobb energiára lehet majd felgyorsítani protoncsomagot. Ez pedig hadronterápiára (rákos daganatok célzott elpusztítása) történő alkalmazást tesz lehetővé.
Reméljük, hogy a terahertzes berendezések hozzájárulnak az ELI-ALPS sikeréhez.
A cikk megjelenését a TÁMOP-4.1.1.C-12/1/KONV-2012-0005 projekt támogatta.•