Az EuPRAXIA konzorcium a napokban döntött arról, hogy az ELI-ERIC kutatási infrastruktúrának a csehországi intézete, az ELI Beamlines lesz a tervezett lézervezérelt plazma alapú elektrongyorsító helyszíne. A EuPRAXIA szerepel az Európai Kutatási Infrastruktúrák Stratégiai Fóruma (ESFRI) 2021-es Útitervében, célja a kompakt, nagy teljesítményű elektron-gyorsítók úttörő fejlesztése lézer- és ionalapú plazma gyorsítású technológiák alkalmazásával.

Dr. Osvay Károly lézerfizikus kérdésünkre elmondta, hogy a szabadelektron-lézerek (valójában nem klasszikus lézerek, csak lézertulajdonságú fényt bocsátanak ki) működésük közben elektronokat gyorsítanak fel, és e részecskéket aztán a modulátorokban ide-oda cikáztatják; amikor a hullámvonalban mozgó elektron pályáján éppen fordul, magas frekvenciájú elektromágneses sugárzást, lágy röntgensugárzást bocsát ki. Az effektus ugyanolyan, mint ami a szinkrotronokban is lejátszódik; ezekben a részecskegyorsítókban zárt körben keringtetik és gyorsítják az elektronokat, amelyek minden kis fordulása sugárzást bocsát ki.

Világszerte körülbelül 30 ezer kisebb-nagyobb részecskegyorsító működik, legtöbbjük az iparban anyagvizsgálatokhoz használt elektrongyorsító. A kisebb részecskegyorsítók olyan alkalmazásokban kapnak szerepet, mint a félvezetők gyártásához használt ionimplantátorok, az onkológiai célú részecsketerápia, a radioizotópok előállítása orvosi diagnosztikához és a ritka izotópok mérésére szolgáló tömegspektrométerek.

Dr. Osvay Károly elmondta, hogy a szabadelektron-lézer az elektromágneses hullámokat kibocsájtó nagy kutatási berendezések, például szinkrotronok egy újabb változata. Ezen belül is új eljárásnak számít a plazmán alapuló elektrongyorsítás. A plazma alapú elektrongyorsításnál a plazmát ionokkal vagy lézerekkel hozhatják létre. Az EuPRAXIA plazma-alapú berendezése az olaszországi INFN (Istituto Nazionale Fisica Nucleare) Frascati-ban lévő kutatóintézetében már épül, a lézeres alapú gyorsítás projektjében pedig a napokban döntött a prágai ELI pályázata mellett a konzorcium.

A Szegedi Tudományegyetem két kutatócsoporttal vett részt az EuPRAXIA lézer-plazma alapú szabadelektron-lézerének előkészítési fázisában. Dr. Hideghéty Katalin, a Szegedi Tudományegyetem Onkoterápiás Klinikájának egyetemi tanára kutatócsoportjával az előállítani tervezett lágyröntgen sugárzás, valamint a gyorsított elektronokból álló sugárzás orvosbiológiai hatását vizsgálja.

Az SZTE TTIK Fizikai Intézet Optikai és Kvantumelektronikai Tanszékén működő TeWaTi lézer kutatócsoport Dr. Osvay Károly vezetésével az elektrongyorsításhoz szolgáló EuPRAXIA lézer kísérleti és tervezési feladatain dolgozik.

– Ezt a lézert le kell specifikálni, előzetesen kisebb-nagyobb kísérleteket kell végezni, hogy megismerjük, melyek a lehetséges technikai paraméterei, és milyenek a kihívások. Az EuPRAXIA egy 100 Hz-es ismétlési frekvenciával működő impulzuslézert tervez. Történetesen mi is egy 100 Hz frekvenciájú lézert építettünk, tavaly üzemeltük be a Nemzeti Labor program támogatásával. Az általunk elért energiatartomány, az körülbelül a kezdő energiatartomány az EuPRAXIA-hoz. A mi lézerünk 50-60 mJ-os és 26 femtoszekundumos. Az EuPRAXIA-ban ezt az energiaértéket egy 20-40-es faktorral feljebb kell vinni. A technológia kezdéséhez a lehetséges megoldásokhoz, a mi rendszerünk jó technikai támaszt tud nyújtani – mondta az előkészítő munkáról Dr. Osvay Károly.

A tervek szerint az első fázisban 1 GeV energiájú, lágy röntgensugárzást is biztosító szabad elektron lézer épül, a második fázisban pedig egy új, 5 GeV energiájú szabad elektron lézert fejlesztenek.

Az EuPRAXIA projekt teljes kidolgozását egy 74 tudományos intézményből álló konzorcium végezte. Magyarországról a Szegedi Tudományegyetemen kívül a HUN-REN Wigner Jenő Fizikai Kutatóintézet és a Pécsi Tudományegyetem vett részt a munkában. A PTE kutatói terrahertzes hullámok vizsgálatával foglalkoznak, míg a Wigner Fizikai Kutatóintézet elsősorban elméleti szimulációkkal és háttéradat-tárolási és -feldolgozási kapacitással járul hozzá a projekthez.

Panek Sándor

A borítóképen: Dr. Osvay Károly, az SZTE TTIK Fizikai Intézet Optikai és Kvantumelektronikai Tanszékén működő TeWaTi lézer kutatócsoport vezetője. Fotó: Kovács-Jerney Ádám