24 augustus 2019

Nobelprijswinnaar Gérard Mourou over toepassing ELI laser in nucleaire fysica

Het omvormen van hoog radioactieve actiniden voor schone kernenergie, het gebruik van röntgen laser voor het nabootsen van extreme omstandigheden in de kosmos zijn enkele toepassingen die Nobelprijswinnaar Gérard Mourou noemde in zijn lezing ‘Een passie voor extreem licht’ gegeven tijdens FYSICA 2019 in Amsterdam. De 75 jarige éminence grise van de laserfysica ging in op het gebruik van de Extreme Light Infrastructure in Oost-Europa. Het Nederlands tijdschrift voor Natuurkunde sprak met hem over zijn werk. In 2006 was Mourou initiatief nemer van de Extrerme Light Infrastructure (ELI), de faciliteit met geavanceerde lasers op drie locaties, Hongarije, Roemenië en Tsjechië. Momenteel worden er steeds meer onderdelen van ELI in gebruik genomen. Maart j.l. bereikte de ELI laser uit Roemenië het geplande vermogen van 10 PW en daarmee is het de krachtigste laser die er bestaat. De laser krijgt twee van deze 10 PW armen, waarmee een totale intensiteit van 10^23 W/cm2 bereikt kan worden of een elektrisch veld van 10^15 W/m. De laser in Boekarest is de meest complexe en uitgebreide van ELI en zal worden ingezet voor kernfysische experimenten. Er komt bij de faciliteit ook  nog een intense bron voor gammastraling met een energie tot 19,5 MeV, maar de oplevering heeft nog de nodige vertraging. Mourou; “In Europa heb je nu een enorm arsenaal aan lasers maar het meest geavanceerde dat we op het gebied van lasers kunnen doen, wordt in de loop van de komende tien jaar gedaan door ELI. In ELI hebben we al onze kennis gestopt. We bereiken in Roemenië een piekvermogen dat veel hoger is dan dat van andere lasers. En de faciliteit in Hongarije is gespecialiseerd in zeer korte pulsen.”

Gérard Mourou, Frans fysicus en nobelprijswinnaar credits; wikipedia

Transmutatie
Een van de toepassingen is transmutatie van kernafval met gebruik van lasers. Mourou zegt hierover; “We willen de ELI laser in Hongarije gebruiken, daar we zeer korte pulsen nodig hebben en een krachtig elektrisch veld. We willen neutronen produceren met een hoge energie om nucleaire ‘bad guys’ aan te pakken; langlevende hoog radioactieve actiniden als curium, neptunium, americium en plutonium. Als we die kunnen transmuteren wordt kernenergie de allerschoonste en meest beschikbare vorm van energie. Transmutatie van actiniden is niet nieuw als onderzoeksveld maar men hoopt met lasers dit uiterst complexe proces wel te bewerkstelligen. Mourou bedacht met Toshiki Tajima van de Universiteit van Californië, Irvine, een door laser aangedreven neutronenbron. Hongarije steunt het project van Mourou met 11 miljoen euro.

De kosmos op een tafelblad
Mourou : “Met een laser kun je de energie van een plasma verhogen en op die manier kun je elektronen in een plasma in een gigantisch veld vangen van giga-elektronvolts per cm. Dan krijgen die elektronen relativistische snelheden. Als een elektron 8 cm beweegt in een veld van 1 GeV/cm dan wordt zijn energie 8 GeV. Dat is fantastisch want gewoonlijk zijn de afmetingen van versnellers voor het maken van deeltjes met deze energie honderden meters lang. De ELI werken met zichtbaar licht.”En vervolgt; “Als we naar dit regime van hoge velden fysica willen, dan denk ik dat we met röntgen moeten gaan werken. Als je een hoge intensiteit hebt in het röntgen regime dan kun je deeltjes versnellen met een gradiënt van 1 TeV/cm, dan heb je CERN op het puntje van je vinger. Daarvoor moeten we waarschijnlijk zichtbaar licht pulsen comprimeren tot attoseconden. Daarna kunnen we de röntgenstraling comprimeren door middel van relativistische plasmacompressie. Als je dat soort korte pulsen op een target afstuurt, dan ontstaat er een plasma. De elektronen uit dat plasma gaan dan met de snelheid van het licht tegen de richting van de lichtpuls in bewegen, waardoor die weer gecomprimeerd wordt. Wij zijn op dit moment bezig met simulaties van dit proces *.  Zodra dat mogelijk is kun je ook gaan denken aan PeV versnellers; dat betekent dat je deeltjes met een energie van de orde van PeV, die we nu alleen kennen in de kosmos, kunt maken op aarde. Dan kun je de vorming van zwarte gaten bestuderen. Dan hebben we de kosmos op een tafelblad. Maar zover is het nog niet, dat is een blik op de verre toekomst. Daarvoor hebben we nu nog drie ordes van grootte te gaan. Je komt dan ook in het regime waar je het vacuüm gaat beïnvloeden, dat gaat dan materialiseren. maar voordat het vacuüm compleet instort ontstaan er elektron-positronparen en die verstoren je veld, zodat je het vacuüm niet verder kunt afbreken. Het licht kom er dan natuurlijk niet meer doorheen, dus dan wordt het interessant wat er wel gebeurt…” Aldus Gérard Mourou, Ned. Tijdschrift voor Natuurkunde, 8/2019 rep. C. Biemans

*Chen/Mourou Physical Rev. Letter, 118 045001  2017

Reacties

  1. Ik ben altijd bang dat men dit soort laser technieken gaat gebruiken voor oorlogsvoering.

  2. Angele van Oosterom zegt

    Ja, dat vind deels zijn oorsprong in het Star Wars (SDI) van de VS en de USSR werkte ook al aan laser wapens;
    https://en.wikipedia.org/wiki/Strategic_Defense_Initiative

    meer info over het ELI en over de anti laser coatings;
    https://www.scmp.com/news/china/article/1444732/us-lasers-pla-preparing-raise-its-deflector-shields

    https://www.extremetech.com/extreme/290863-massive-10-petawatt-laser-can-vaporize-matter

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: