Extreme Light Infrastructure (ELI). Cel mai puternic laser din lume este fabricat la Măgurele

Extreme Light Infrastructure (ELI), cel mai puternic laser din lume este fabricat în România. Proiectul de miliarde de euro a fost finanțat de UE însă disputele cu furnizorii și alte țări ale UE întârzie construcția, potrivit informațiilor furnizate de deutschlandfunk.de.

Unul dintre aceste avantaje, pe care UE l-a oferit României în mod concret, îl putem găsi în orașul Măgurele, aproape o suburbie a Bucureștiului. Un complex de clădiri, nou, cu o imensă sală futuristică în centrul său. Găzduiește cel mai puternic laser din lume.

Fizicianul nuclear de 67 de ani, Nicolae-Victor Zamfir, își primește vizitatorii într-un birou extrem de spațios, elegant: „Visul nostru este să avem propriul nostru sistem. Nu dorim doar să fim invitați, ci dorim să fim și noi gazde. Aici vrem să oferim comunității științifice un loc unde să funcționeze”, spune Nicolae-Victor Zamfir. În 1990, imediat după deschiderea Cortinei de Fier, Nicolae-Victor Zamfir a plecat în Occident în Germania și Statele Unite. Acu, el conduce cea mai mare unitate de cercetare care a existat vreodată în Europa de Sud-Est – ELI-NP.

Un laser pe care lumea nu l-a mai văzut niciodată

În 2006, fizicianul francez și ulterior câștigător al Premiului Nobel Gerard Mourou au prezentat un plan ambițios – un laser pe care lumea nu l-a mai văzut niciodată.

„Când oamenii de știință au discutat ce puteți face cu această jucărie nouă, au existat o mulțime de idei. Așa că au recomandat Comisiei Europene să nu existe o singură locație pentru proiect, ci trei. Și atunci s-a decis să nu construim aceste trei fabrici în vest, ci în Europa de Est, în noile state membre ale Uniunii Europene”, a spus Zamfir.

Acceleratoare de particule, reactoare de cercetare, experimente de fuziune – în Europa, astfel de dispozitive științifice mari au fost găsite până acum aproape exclusiv în Occident – Germania, Franța sau Marea Britanie. ELI este destinat să atenueze acest dezechilibru. Este primul mega proiect din Europa de Est, împărțit între trei țări: Republica Cehă, Ungaria și România. Acestea primesc fiecare un super laser, fiecare costând în jur de 300 de milioane de euro.

„S-a decis finanțarea acestui lucru prin fonduri structurale. Scopul este de a promova dezvoltarea regiunilor slab structurale din Europa”, spune Victor Zamfir.

„Știința atrage industria de înaltă tehnologie”

Pe termen lung, cele trei noi super-lasere din Cehia, Ungaria și România vor acționa, de asemenea, ca ajutoare structurale, iar Victor Zamfir speră:

„Știința ajută la îmbunătățirea nivelului de dezvoltare. Nu pe termen scurt, dar este foarte eficient pe termen mediu și lung. Pentru că știința atrage industria de înaltă tehnologie și aduce cu ea alte lucruri – educație, dezvoltare, infrastructură”.

UE plătește pentru construcția celor trei uzine, iar orice echipă interesată va putea solicita o perioadă de măsurare, care este decisă de un comitet independent. ELI în Republica Cehă este un sistem polivalent cu lasere diferite. ELI în Ungaria produce impulsuri puternice, dar extrem de scurte. Dar cel mai puternic laser se află în Măgurele, lângă București – ELI-NP, o instalație pentru fizica nucleară.

Mare ca o sală de gimnastică

Fizicianul Ovidiu Tesileanu se află în camera de control a ELI-NP. De aici este controlat super-laserul. „Camera măsoară aproximativ 60 de 45 de metri. Cele două lasere au o lungime de aproximativ 40 de metri „, spune Ovidiu Tesileanu.

Este o cameră curată, în care se poate intra doar cu haine de protecție, altfel componentele sensibile ar putea fi afectate. Se află în cutii de protecție negre cu capace roșii, dispuse în două rânduri lungi. Dacă le-ai deschide, ai putea vedea oglinzi, panouri și cristale de înaltă puritate. „A fost nevoie de doi ani pentru instalarea sistemului. Lămpile cu laser sunt generate în această casetă la mijloc. Apoi sunt împărțite în două impulsuri și fiecare dintre aceste impulsuri este amplificat într-un lanț lung”, mai spune Tesileanu.

Principiul câștigător al Premiului Nobel al lui Gerard Mourou

Totul începe cu un impuls laser slab, extrem de scurt. Este amplificat pas cu pas prin pomparea literală a energiei din alte lasere în ea. Pentru ca acest lucru să funcționeze, ai nevoie de un… truc.

„Aceasta este metoda pe care a inventat-o ​​Gerard Mourou și pentru care a primit premiul Nobel. Ideea din spatele ei: Dacă ați încerca să amplificați direct un impuls laser extrem de scurt, materialele folosite s-ar topi rapid. Prin metoda lui Mourou, pulsul este mai întâi prelungit, apoi amplificat și abia apoi comprimat până la durata inițială ”, explică Tesileanu.

Trageți de o mie de ori, pompați energia în ea, apoi comprimați-o din nou – așa funcționează principiul câștigător al Premiului Nobel.

„Laserul nu se poate aprinde până nu întunecăm fereastra mare din fața noastră cu un fel de rolă. Cu o putere laser atât de mare, nu poți lucra fără oprire, ar fi periculos pentru ochi ”, spune Tesileanu. În continuare, alimentarea cu energie este activată, auzită ca un fel de bifare ritmică. „Primul sunet cu zece hertzi, din prima parte a lanțului de armare. Apoi, laserul pompei este descărcat o dată pe secundă. Ne place sunetul acesta”, concluzioneză Tesileanu.

Un impuls de zece miliarde de wați

Apoi, laserul se aprinde – și oferă un impuls cu o putere enormă: 10 petawatt. Pe 7 martie 2019, fabrica a generat zece petawati, 10 miliarde de wați pentru prima dată – care a fost cel mai bun moment până acum, spune Tesileanu. Impulsurile de la două brațe cu laser vor fi în curând combinate pentru a produce 20 de petawati – de cinci ori mai mare decât suportul de înregistrare anterior, un laser din Coreea de Sud. O performanță la fel de mare ca aceea de a grupa toată radiația solară care cade pe America de Nord într-un singur loc – dacă este doar pentru un moment minuscul, pentru 25 de miliarde de secunde. O realizare record care permite experimente complet noi.

„Sistemul pe care îl construim aici poate crea condiții care nu au fost niciodată create în laborator. De exemplu, există diverse teorii care descriu modul în care trebuie să se comporte vidul în astfel de condiții extreme. Vrem să vedem care dintre aceste teorii se dovedesc adevărate în experiment”, explică Ovidiu Tesileanu.

Un vid predomină în părți mari ale universului, dar acest vid nu este atât de gol: fizica îl vede ca pe o supă bubuitoare de particule și antiparticule care apar și dispar într-un timp incomensurabil – o consecință a fizicii cuantice. Numai: această supă de umbră balonată nu a putut fi observată direct. Ovidiu Tesileanu speră ca laserul să clipească, în cele din urmă, ar putea să-i prindă: „O posibilitate este de a crea particule din nimic, prin concentrare pură de energie. Sau poate puteți dovedi că vidul este polarizat literal de laserul de mare intensitate”.

Particule elementare noi

„Asta ar fi foarte interesant pentru înțelegerea teoriei noastre, dar și pentru ideea noastră despre faza timpurie a universului când energia a devenit materie. Sunt momente foarte interesante înainte ”, spune Tesileanu. „Toate aceste cercetări sunt abia la început. Există un interes extraordinar din partea industriei, dar și a laboratoarelor de cercetare din țară și din străinătate”, spune și Markus Roth.

Este fizician la TU Darmstadt și unul dintre cercetătorii care doresc în mod regulat să vină în România să experimenteze la ELI. El caută o metodă pentru a găsi material radioactiv ascuns: „Scopul nostru este să dezvoltăm o sursă mobilă pe care o putem cheltui pe site. Fie că este vorba despre o centrală nucleară care este demontată sau un depozit nuclear. Sau dacă acest lucru este necesar în porturi sau aeroporturi pentru a demonstra că materialul nuclear a fost adus ilegal în țară sau în afara acesteia”.

Impulsuri de neutron foarte scurte, foarte intense

Roth vrea să lucreze cu neutroni pentru a urmări materialul radioactiv. Acestea sunt particule de bază, neutre electric, adică neîncărcate. Grinzile de neutroni pot pătrunde fără efort pe pereții unui container și pot detecta materialul nuclear ascuns în interior. Până în prezent, însă, sistemele cu care se pot produce destui neutroni au fost prea mari pentru utilizarea mobilă.

„Alternativa noastră o reprezintă sursele de neutroni bazate pe laser. Cu ajutorul laserelor, putem genera fascicule de particule scurte într-o manieră foarte direcționată. Putem transforma aceste raze într-un convertor în impulsuri de neutron foarte scurte, foarte intense ”, spune Roth.

Roth speră că o sursă de neutroni condusă de laser s-ar putea încadra pe spatele unui camion. ELI ar trebui să ofere ajutor de dezvoltare valabil pentru acest lucru „Aceste sisteme laser nu au doar o putere de 20 de ori mai mare decât ceea ce făceam până acum. Dar au și un avantaj decisiv: vechile sisteme laser nu puteau fi declanșate decât o dată la fiecare oră și jumătate. Noile sisteme laser au rate de repetare în jurul a zece hertzi„.

„În fizica nucleară, vrem să știm cum funcționează universul. De exemplu, ne interesează acele reacții nucleare care se petrec în interiorul stelelor. Încercăm să le imităm în laborator ”, explică și  Cătălin Matei.

O sursă pentru radiații gamma

Multe dintre cele mai cunoscute elemente chimice sunt create în interiorul stelelor prin fuziunea nucleară, explică fizicianul ELI, Cătălin Matei. Presiunile și temperaturile sunt atât de nebunești, încât ușoarele nuclee atomice se prăbușesc în cele grele. Se presupune că ELI simulează aceste procese de violență în mijlocul României.

„Luăm, de exemplu, o reacție care are loc în interiorul unei stele uriașe – fuziunea carbonului și heliului cu oxigenul. Ele sunt printre cele mai importante elemente din univers, esențiale pentru viața de pe pământ. Vrem să studiem această reacție pentru a explica cum oxigenul și carbonul sunt generate într-o stea”, explică Matei.

Pentru a face acest lucru, Matei și echipa sa doresc să utilizeze o metodă specială – o sursă pentru radiații gamma: lumină laser puternică este trimisă pe un fascicul de electroni care este aproape la fel de rapid ca lumina. Aceasta creează radiații gamma extrem de mari. Poate fi folosit pentru a observa cuptorul cu stea pentru elemente aproape în sens invers. „O modalitate este să analizăm fuziunea carbonului și a heliului. Reacția inversă poate fi de asemenea investigată atunci când oxigenul este împărțit de la radiația gamma la carbon și heliu. Experimentele cu raze gamma sunt o piesă a puzzle-ului care ne ajută să înțelegem mai bine astfel de reacții nucleare ”, a spus Matei.

Sursa gamma nu va fi finalizată decât în… 2022. O luptă în instanță

Cu toate acestea, Matei trebuie să aibă răbdare. Pentru că există o mulțime de probleme cu privire la construcția sursei gamma. Va fi amânată ani întregi.

„Din cauza unei dispute cu furnizorul original, am comandat acum de la o altă companie. De aceea, sursa gama nu va fi finalizată anul acesta, ci doar în 2022 ”, explică Victor Zamfir.

În biroul său spațios, directorul general Victor Zamfir vorbește despre supărare. Inițial, un consorțiu de companii și institute franceze și italiene urma să construiască sursa gama, valoarea contractului: cel puțin 67 de milioane de euro. Dar în curând cooperarea s-a oprit, acum există o luptă în instanță. Consorțiul susține că clădirea ELI nu este potrivită pentru instalarea sursei gamma, că nu respectă anumite reglementări de siguranță și sunt necesare îmbunătățiri.

În schimb, Zamfir și oamenii săi spun că clădirea lor este funcțională. Dar, consorțiul a făcut o treabă proastă și pur și simplu nu a reușit să presteze la timp. Rezultatul: românii au retras comanda de la consorțiul francez-italian și au acordat-o unei companii americane. Cu toate acestea, au fost foarte nemulțumiți, în special cu Italia și Franța.

„Agențiile de promovare din Franța și Italia au fost implicate în furnizorul inițial. Când colaborarea a eșuat, politicienii din aceste țări au pledat să excludă România ”, spune Victor Zamfir.

Concret, aceasta înseamnă excluderea de la o companie de operare comună, care urmează să fie fondată în viitorul apropiat și finanțează operațiuni de cercetare cu fonduri din cât mai multe țări UE în toate cele trei locații ELI. Dacă România ar fi părăsită, aceasta ar trebui să-și suporte singură costurile de operare. Și sunt abrupte, în jur de 30 de milioane de euro pe an.

„Nu va fi ușor să ne convingem politicienii de acest lucru. Dar care este alternativa? Opriți sistemul? Nu cred că politica o va alege ”, a spus Zamfir.

Arbitraj eșuat

Situația pare să se desfășoare. Comisia UE a încercat să medieze argumentul, între România, pe de o parte, Franța și Italia, pe de altă parte. Dar arbitrajul a eșuat.

„Desigur, nu suntem de acord să fim excluși din compania care operează. Unul este contractul economic. Este un proces public cu reguli foarte stricte, pe care furnizorul pur și simplu nu le-a îndeplinit. Nu este vorba despre cooperarea științifică, nu vedem nicio legătură ”, spune Zamfir.

Și există o altă problemă: „Politicienii aprobă banii pentru construcția instalațiilor de cercetare. Dar când vine vorba de costuri de operare, oamenilor le place să spună: Hai să vorbim despre asta mai târziu. Și va costa o mulțime de bani pentru a opera fabrica noastră. România s-a angajat să preia o parte din ea. Dar alte țări ezită încă”, spune Zamfir.

Germania, Marea Britanie, Italia și Franța – toți erau implicați în pregătirea mega proiectului. Până în prezent, doar Italia pare să fie dispusă să participe la compania care operează. Ceilalți s-au ținut până acum, probabil, având în vedere și situația dificilă. De la Ministerul Federal al Cercetării, de exemplu, se spune că cineva dorește să participe la compania care operează doar dacă participă și alte națiuni înstărite.

La urma urmei, în ciuda certurilor, echipele de cercetare ELI din toată lumea vor fi deschise – atât în ​​România, cât și în Republica Cehă și Ungaria, unde ELI va începe de asemenea în curând. Dar Victor Zamfir visează că România va deveni o țară normală. O națiune de cercetare în Europa.

”Exodul creierelor”

Ca tânăr om de știință, Călin Ur a plecat în străinătate, unde condițiile erau mult mai bune. Dar apoi a venit ocazia de a începe ca director tehnic la ELI. Ur nu a ezitat mult – și nu a fost singurul care s-a întors acasă din cauza super-laserului.

„Cred că am reușit cumva să oprim această scurgere de creiere – un proces periculos în Europa de Est. Am putut atrage mulți tineri cercetători din România să lucreze în acest institut. Dar am atras și cercetători din străinătate, aproximativ 40 din mai mult de 20 de țări din întreaga lume ”, spune Călin Ur.

Un număr de 200 de specialiști sunt angajați în prezent la ELI-NP, iar în curând vor fi 300. Căutarea personalului nu a fost ușoară, potrivit lui Ur: „Am conceput un institut pe tabloul de desen. Am început de la zero, a trebuit să construim toate echipele de cercetare. A fost o experiență în sine pentru a găsi personalul și a le forma în echipe. Oamenii au venit cu cunoștințe prealabile diferite, au trebuit mai întâi să se alăture pentru a putea contribui ceva la obiectivul acestui proiect”.

Între timp, oamenii s-au reunit, echipele ar funcționa, spune Ur – și sunt destul de încrezători:

„Acesta este cel mai mare proiect de cercetare din România, foarte atractiv pentru restul lumii. Vom fi unul dintre cele mai mari centre din lume pentru fizica laserului. Și aș spune că este și o recunoaștere a calității cercetării noastre aici, în România. Până în prezent, nu am avut facilități de cercetare mari Cu toate acestea, am avut întotdeauna rezultate de cercetare bune în trecut. În 1962, de exemplu, România era a patra țară din lume care ar putea construi vreodată un laser. Noua noastră instalație aici este o recunoaștere pentru aceasta”.

Reacții nucleare exotice

Ovidiu Tesileanu parcurge un coridor întunecat, cu ziduri de beton cu grosimea de doi metri. Te simți ca într-un buncăr. Acum stă în fața unei uși la fel de groase. Există mai multe săli în spatele ei. Primele experimente ar trebui să fie declanșate aici în câteva săptămâni:

„Aceasta este cea mai mare sală experimentală din ELI-NP. Majoritatea tuburilor prin care vor zbura fasciculele laser au fost deja instalate. Există oglinzi în acești cuburi mari, direcționează sclipirile către una dintre cele două camere de încercare. Aceste camere sunt pompate goale de aer și interacțiunea dintre licăriri cu laser și probe de material va avea loc în ele”.

Elemente care se îmbină în alte elemente. Reacții nucleare exotice, neobservate anterior în lume. Și particule, extrem de accelerate de laser. Pentru a face acest lucru, fulgerul nu trebuie să-și rateze ținta. Pentru aceasta, experții au fost nevoiți să depună eforturi. Colegul lui Tesileanu, Ionel Andrei, deschide o ușă masivă și îndreaptă spre podea. Un stâlp din beton solid poate fi văzut printr-un gol: „Există mai mult de 1.000 de piloni. Sunt la 30 de metri adâncime în sol și seamănă cu stâlpii de beton ai unui pod de autostradă. Mulți români sunt frustrați că autostrăzile din țara lor pur și simplu nu se pregătesc – și am reușit să construim totul aici în trei ani. Podeaua holului se sprijină pe stâlpi și există arcuri și amortizoare. Ele decuplează holul de toate vibrațiile. Pentru că suntem un copil ars. În anii ’70, am cumpărat un accelerator din Germania de Est. Un an mai târziu, un cutremur major a zguduit România și întreaga instalație a fost distrusă. Am aflat de aici că sistemul de amortizare a vibrațiilor este o necesitate pentru noi ”, explică Ionel Andrei.

„Pereți ca o centrală nucleară”

Sistemul nu protejează numai împotriva cutremurelor, ci și împotriva vibrațiilor inofensive: traficul de mașini în cartier, treptele în hol – pot perturba grav calea flash-urilor cu laser. Cu toate acestea, nu este necesar doar să protejați laserul de lumea exterioară, ci și invers, pentru a proteja lumea exterioară de la laser. Când super-laserul se aprinde, generează un EMP, un impuls electromagnetic. Și este atât de puternic încât ar putea distruge dispozitivele electronice din apropiere, chiar și în București.

„Trebuie să protejăm oamenii și, de asemenea, tehnologia. Dar suntem pregătiți, clădirea este proiectată pentru această situație. Sala experimentală funcționează ca o cușcă Faraday, pereții sunt ca o centrală nucleară ”, spune Ionel Andrei.

100.000 tone de beton, mult metal în pereți – acest lucru ar trebui să se asigure că impulsurile de radiație ale super laserului nu pătrund către exterior.

”Cameră pentru upgrade-uri”

În cele din urmă, Ovidiu Tesileanu aruncă o privire prin fereastra camerei de control, la cel mai puternic laser din lume. Ce te lovește: El umple doar jumătate din hol.

„După cum vedeți, mai există suficient spațiu pentru componente suplimentare. Suntem foarte optimiști și dorim să instalăm mai multe lasere aici în viitor. Există loc pentru upgrade-uri ”, spune Ovidiu Tesileanu.

Tesileanu preferă să se gândească la viitor. Și pentru gustul său, ar trebui să aducă un laser de cinci ori mai puternic decât astăzi – 100 în loc de 20 petawatt: „Cea mai bună strategie pentru a obține 100 petawatt este să combini mai mult de două impulsuri. Dacă ați conectat zece dintre aceste lasere, puteți atinge acest nivel următor”.

Înapoi pe Piața Revolutiei  din București. Jurnalistul Adrian Mosoianu este foarte fericit de evoluția pe care țara sa a avut-o în ultimele decenii. Chiar dacă există probleme, desigur: „Este bine în București și în alte trei sau patru orașe mari. Dar există încă o sărăcie în orașele mici și în țară – neobișnuit de mari după atâția ani de aderare la UE. Cred că acest dezechilibru persistent este una dintre cele mai mari probleme”.

Super-laser pentru prosperitate și stabilitate

ELI Superlaser poate ajuta cu siguranță România în drum spre mai multă prosperitate și stabilitate, spune Mosoianu. În orice caz, proiectul de prestigiu pare să aibă sprijinul oamenilor:

„Dacă spui„ laser ”și„ magurele ”, adică locația institutului, aproape toată lumea de pe stradă ar ști că există ceva impresionant. Ceva care poate face descoperiri științifice. Și că România este o mare parte din ea ”, declară Mosoianu.

Dar costurile? Mosoianu este calm. Proiectul, spune el, va fi viabil: „Din câte știu, au fost întârzieri în achizițiile publice. Dar această tendință este de a ajuta cercetătorii să depășească aceste obstacole birocratice. Sunt optimist. Până la urmă, este în interesul tuturor”, transmite Adrian Mosoianu.