V Novosibirsku spúšťajú najvýkonnejší laser na voľných elektrónoch na svete

Novosibírski fyzici postavili najvýkonnejší infračervený laser na svete. Tretia časť tohoto ohromného zariadenia bola začiatkom tohto roku spustená v Budkerovom inštitúte jadrovej fyziky (BINP) Ruskej akadémie vied.

Výkon laseru dnes dosahuje 500 W a bude naďalej zvyšovaný na niekoľko kilowattov. Toto unikátne zariadenie prináša nové možnosti v základnom aj aplikovanom výskume v oblasti fotochémie používajúcej infračervené žiarenie, umožňuje totiž ovplyvňovať priebeh chemických reakcií. Vďaka tomu môžu vznikať nové materiály alebo veľmi čisté látky.

Prvá časť zariadenia bola spustená v roku 2003 (rozsah od 270 do 90 mikrometrov) a o šesť rokov neskôr nasledovala druhá časť (rozsah od 80 do 37 mikrónov). Až teraz sa vďaka tretej časti zariadenie stalo najvýkonnejším svojho druhu na svete. Laser bol prvýkrát vyskúšaný v júli 2015, kedy vygeneroval zväzok s vlnovou dĺžkou 9,6 mikrónov. Vlnová dĺžka žiarenia sa môže pohybovať v rozmedzí od 5 do 30 mikrónov.

Po otestovaní laseru a zmeraní jeho parametrov ho vedci začali pripravovať na reálne experimenty. Najzaujímavejšie na tom je to, že systém bol postavený len z vlastných prostriedkov ústavu – za 10 rokov do nej investoval 500 miliónov rubľov.

V septembri 2016 bol otestovaný nový injektor elektrónov, ktorý umožní zvýšiť výkon laseru. Vedúci vedeckovýskumného laboratória BINP, Nikolaj Vinokurov, sa k tomu vyjadril: „Zahájili sme tuto prácu v roku 2015 a teraz bol vykonaný prvý test injektoru, po ktorom bude namontovaný na svoje stanovište. Počítame s tým, že nám umožní niekoľkonásobne zvýšiť výkon nového laseru na voľných elektrónoch.“

„Zahájenie prevádzky takto výkonného laseru svedčí o tom, že ruská veda stále patrí k svetovým lídrom a je schopná celosvetovému trhu ponúknuť produkciu a služby s veľkou vedeckou hodnotou. Spoločne s jadrovým priemyslom sa rozvíja náuka o materiáloch, prieskum vesmíru a ďalšie odbory, ktoré síce nenachádzajú priame uplatnenie dnes, ale budú mať zásadný význam pre budúce objavy,“ hovorí Sergej Stupar, obchodný poradca Ruskej federácie v Českej republike.

Použitie novosibírskeho laseru

Laser na voľných elektrónoch sa líši od bežných laserov, s ktorými sa stretávame okolo seba, napríklad v DVD mechanikách a laserových počítačových myšiach. Zväzok fotónov v tomto zariadení vzniká vďaka pohybu elektrónov po zakrivenej dráhe v tzv. undulátore, druhom stupni laseru. Zmenou energie elektrónov a parametrov undulátora je možné dosahovať široké spektrum frekvencie výsledného lúča, čo ostatné typy laserov neumožňujú. Nevýhodou sú veľké rozmery zariadenia, novosibírsky laser zaberá plochu veľkosti zhruba 1000 metrov štvorcových.

Vďaka takto výkonnému zdroju infračerveného žiarenia sa vedcom otvárajú nové oblasti výskumu, ktoré boli skôr nedostupné. Teraz si môžu zvoliť frekvenciu lúča pre každú zlúčeninu zvlášť a pritom nedôjde k výraznému úbytku výkonu zariadenia.

Infračervené žiarenie umožňuje ovplyvňovať silu väzieb v molekuly, takže chemická reakcia potom môže prebiehať iným spôsobom než pri normálnych podmienkach a vznikne iná výsledná látka. Ak vezmeme zmes látok, ktoré majú rovnaké chemické vlastnosti, ale rôzne sa chovajú v poli infračerveného žiarenia, je možné nechať zreagovať len jednu zložku s reagentom. Druhá zložka potom zostáva bezo zmeny a týmto spôsobom môžeme riadiť priebeh chemických reakcií.

Môže slúžiť aj na separáciu látok, ktoré by sme nedokázali oddeliť bežnými chemickými postupmi. Príkladom potenciálu nového laseru je separácia izotopov kremíku, ktorý je široko využívaný pri výrobe polovodičov. V prírode sú zastúpené tri izotopy kremíka, ale kryštály, ktoré majú výhodné vlastnosti, napríklad z hľadiska tepelnej vodivosti, obsahuje len jeden z nich.

Novosibírsky laser na voľných elektrónoch naviac poslúži ako základ pre vývoj ešte výkonnejších zariadení, ktoré môžu mať okrem výskumných ústavov využitie ako zo stránok vedeckotechnickej literatúry. „Existuje napríklad projekt prenosu energie do družíc. S pomocou týchto laserov by bolo možné napájať družice na obežnej dráhe priamo zo Zeme, a tak prestať používať solárne panely,“ hovorí Vinokurov.

 

 

 

Komentáre