Falakat fog lebontani a szegedi szuperlézer

Egyelőre cserjeirtás és lőszermentesítés folyik azon a területen, ahol Magyarország és egész Európa egyik csúcstechnológiás laboratóriuma épül fel. A szegedi szuperlézerrel szó szerint falat lehetne bontani, és a kísérletek során ez képletesen meg is történik: új tudományterületekre lehet betörni a berendezéssel. Ennek eredményei egy évtizeden belül a kütyükben vagy például a kórházakban köszönhetnek vissza, és a kutatások eredményeit frissen létrejövő magyar cégek használhatják.

A több százmillió euróból megvalósuló beruházás, az Extreme Light Infrastructure (ELI) nevű uniós lézeres kutatóközpont létrehozásának nagyobb részét, nyolcvanöt százalékát az EU fedezi, csak a költség tizenöt százalékával kell előrukkolnia Magyarországnak. A pénzért cserébe három hatalmas teljesítményű "szuperlézert" kapunk egy olyan presztízsű hazai intézményben, mint amilyen az európai részecskefizikai kutatóközpont, a CERN.

Óriási energia egy szempillantás alatt

Nem egyszerű dolog felfogni, hogy a szegedi szuperlézer egészen pontosan mire lesz képes. Mindenki látott már prezentációs mutatóban vagy szétszedett CD-lejátszóban lézerfényforrást, a lézer mégis különleges, nem mindennapi technológia maradt. Szemmel nem látható, nem szóródik, ugyanakkor a mindennapjainkban szinte mindenhol jelen van, a CD-lejátszóktól kezdve a lézernyomtatókon keresztül a vonalkód-leolvasókig.

A szegedi lézerközpont látványterve. A lézerek a fekete, tornacsarnok jellegű épületben kapnak majd helyet

"A lézerek teljesítményét nehéz összehasonlítani a hagyományos fényforrásokéval. Egy 1 kilowattos lámpával meg lehet úgy világítani egy egyetemi előadót, hogy a hallgatók jól látnak írni és olvasni. Egy hasonló teljesítményű lézerrel kis túlzással falat lehet bontani" - mondta el Osvay Károly, a magyar ELI projekt tudományos vezetője egy pár napja rendezett konferencián. A kilowattos lézer erejét az adja, hogy a teljesítményét egy pár négyzetmilliméteres területre lehet koncentrálni, míg a világításra használt lámpánál az energia jelentős része hővé és nagy felületet bevilágító fénnyé alakul. "A lézer különleges fényforrás. Szegeden pedig a hagyományos lézereknél is különlegesebb eszközöket fejlesztetünk, amelyek úgynevezett impulzusüzemben működnek. Nem olyanok lesznek, mint a lézerpointer, amelyen megnyomják a gombot, és folyamatosan világít, hanem nagyon rövid fénycsomagokat bocsátanak majd ki" - mondta az ELI lézereinek működési elvéről Osvay.

Mire jó egy szuperlézer?

A rövid fényimpulzusokhoz óriási intenzitás társul majd. "Tíz a tizenkettediken, tíz a tizenötödiken wattos teljesítményre is képesek lesznek a szegedi szuperlézerek. Ez a paksi atomerőmű átlagos teljesítménye sok ezerszeresének, illetve milliószorosának felel meg" - mondta Osvay. Ekkora teljesítménnyel elméletileg már igen rövid ideig létező fekete lyukakat is létre lehet hozni. "Ebből azonban semmilyen pusztítás nem lesz" - mondta Osvay.

Tíz célkamrában végezhetnek kísérleteket az ELI-ben (képünk illusztráció)

A szegedi lézerközpontban a nagyenergiás fizikához, a biológiához és gyógyászathoz kapcsolódó alapkutatásokat végeznek majd, amelyek eredményei várhatóan új alkalmazási területeket nyitnak meg a jövőben, eddig áthatolhatatlan "falakat" bontva le különféle tudományterületeken. Ilyen például a jövő sugárkezelése, az úgynevezett hadronterápia, amelynek során a rákos daganat nyeli el a rá irányított energia nagy részét, a környező sejtek pedig kevesebbet kapnak a sugárzásból. Fehérjemolekulák belső szerkezetét is vizsgálják, amiből a gyógyszerkutatás profitálhat. Az anyagkutatásban a lézerfizika által lehetővé tett kísérletek olyan felfedezésekhez vezethetnek, amelyek a nukleáris reaktorok öregedési folyamatainak lassítását teszik lehetővé. Elemek átalakítását, a radioaktív hulladékok kezelésének problémáit is kutathatják a szegedi szuperlézerrel.

"Az alapkutatáshoz fűződő régi sztereotípia szerint egy szemüveges, ősz hajú tudós állítgat valami gépet a sarokban, amitől égnek áll a haja, és senki sem érti, mit csinál. Ez a kép jelentősen megváltozott az elmúlt években. A mai lézeres tudomány és a számítástechnika a kvantummechanikára épül. Néhány éve kaptak Nobel-díjat azok a kutatók, akik az anyagok mágneses tulajdonságait nanoméretekben vizsgálták a kilencvenes évek elején, ma ezeken a kutatásaikon alapulnak a terabájtos tárolóeszközök" - mondja Osvay. A szakember szerint a szegedi lézeres kutatóközpontban születő anyagtudományi, biotechnológiai eredmények akár egy évtizeden belül a kütyükben vagy a kórházban köszönhetnek vissza, és a kutatások eredményeit frissen létrejövő magyar cégek használhatják.

Három a lézer

Az ELI megépítésének lehetőségét nem egyedül nyerte meg Magyarország. Egy hasonló központ épül Prága mellett (ELI-Beamlines), ahol röntgenlézeres és lézerrel gyorsított részecskefizikai kutatásokra nyílik lehetőség, egy pedig a romániai Magurele-ben lesz, ahol nukleáris fizikai kutatásokhoz építenek nagy teljesítményű lézert (ELI-NP). A szegedi létesítmény (ELI-ALPS) a világ legnagyobb csúcsintenzitású impulzusait előállító intézményei közül kitűnik azzal, hogy itt képesek egy másodperc alatt a legtöbb és egyúttal időben legrövidebb impulzust előállítani.

Nyoma sincs még a kutatóközpontnak, az építkezés nyáron kezdődhet meg (Fotó: Doboczky Zsolt)

A magyar ELI-laboratórium betűszava, az ALPS is ezt a működést jelzi. Kibontva annyit tesz: attoszekundumos fényforrás. Mennyi egy attoszekundum? Összehasonlításképpen: az úszósportok elbírálását segítő technológiai rendszerek a másodpercek századrészét is képesek mérni, a futószámok rajtvonalát figyelő kamera pedig másodpercenként kétezer képet készít. A szegedi szuperlézer impulzusainak hosszához képest azonban mindkét mérési korlát túlzóan hosszú. A századmásodperc csupán tíz a mínusz másodikon másodperc (10^-2 s), az ezredmásodperc pedig tíz a mínusz harmadikon (10^-3 s). Még a nanoszekundum (10^-9 s) - amely alatt a fény is csupán harminc centit tud megtenni - is túl hosszú az attoszekundumhoz képest. Egy attoszekundum 10^-18 másodperc, azaz a nanoszekundum egymilliárdod része. Ezen az időskálán történik az elektronállapotok kialakulása az atomokban, itt zajlanak a kémiai reakciók.

A különböző lézerekkel lehet úgy is dolgozni, hogy a nagy erejű fényt egy speciális anyagra irányítják, amely az energiaimpulzusra válaszul sugárzást bocsát ki magából. A célba vett anyagból kilépő sugárzást másodlagos forrásnak hívják, és a szegedi kutatóközpontban több fajta is lesz belőle. Aki játszott a csővezeték-építős Pipe Mania játék bármelyik klónjával, az könnyen el tudja képzelni, hogyan fog üzemelni a szegedi kutatólabor. Az ELI-létesítménynek tíz célkamrája lesz, és mindbe be lehet vezetni a szuperlézer fényét. A kísérleti helyiségek között lesz olyan is, amelynek a fala két méter vastag speciális betonból készül, hogy biztosan szigeteljen mind a külső elektromágneses zajok ellen, mind pedig akár a célterületen csak a lézerimpulzus ideje alatt képződő részecskesugárzás ellen.

Egyelőre csak épül a szuperlézer

A szegedi ELI-létesítményben nem csak a lézerek jelentik majd a csúcstechnológiát. A rendkívül érzékeny kísérletek miatt már az építkezés is rendkívüli lesz, például nagyon stabil alapozásra van szükség. Az üzemelés ideje alatt a létesítmény hetente és ötvenméterenként maximum egy nanométert süllyedhet. Ez még az emberi hajszál vastagságánál is sokkal kevesebb.

A szovjet laktanya betonelemeinek eltüntetése már majdnem véget ért (Fotó: Doboczky Zsolt)

"A rezgésmentesség mellett rendkívül fontos a hőmérséklet állandósága is. Elég egy kis elmozdulás a céltárgyon vagy a tükrön, hogy megváltozzanak a kísérlet paraméterei. Egy egész hetes beállítássorozat is tönkremehet ilyenek miatt" - mondja Lehrner Lóránt, az ELI-HU Nonprofit Kft. ügyvezető igazgatója.

A korábbi szovjet laktanya helyén már a nyár folyamán elkezdődhet az építkezés Lehrner szerint. A három lézerrendszer beszerelése 2015 elején kezdődhet meg, a következő évben pedig már a kutatók veszik birtokba az épületet.

Évek óta zajlik az ELI-projekt

Az európai uniós szuperlézerprojektek tervezése közel egy évtizede tart. 2005-ben egy párizsi tudományos konferencián a lézerfizikusok már azt találgatták, hogy az ELI-intézetek milyen kérdések kutatásával foglalkozhatnak. A magyar, román és cseh projekt 2009-ben kapta meg az EU jóváhagyását, a sikertelenül pályázó országok között volt Franciaország és Nagy-Britannia is. A magyar ELI-projektről azonban egy idő után megritkultak, illetve ellentmondásossá váltak a hírek, és az sem volt biztos, hogy megkezdődik-e az építkezés.

Ezt Lehrner Lóránt azzal magyarázza, hogy az előzetes dokumentáció, a megvalósíthatósági tanulmányok készítése alatt nem keresték a sajtó figyelmét. Szabó Gábor lézerfizikus, a projekt előkészítésében részt vevő akadémikus 2012 augusztusában még azt nyilatkozta az MTI-nek, hogy a projekt csúszásban van. Tavaly nyár végén a kormány is vizsgálatot indított a tudományos nagyberuházás ügyében. A hivatalos közlés szerint az akadályok decemberre hárultak el a projekt elől, a Nemzeti Fejlesztési Bizottság jóváhagyta az ELI projekt beillesztését az Új Széchenyi Tervbe. Az első fázisban 47 milliárd, a 2020-ig tartó második fázisban pedig 14,7 milliárd forint fordítható a szuperlézerre.