Nejvýkonnější a nejsilnější lasery na světě. Staví se v Dolních Břežanech

V obci Dolní Břežany, jež přiléhá na jihu ku Praze, bylo v posledních čtyřech letech postaveno mezinárodní výzkumné laserové centrum Extreme Light Infrastructure – Beamlines (nebo ELI). Díky sedmi miliardám korun vůbec nejdražší vědecká investice v Česku. Stavba vloni získala 1. místo v soutěži Grand Prix architektů 2016 v kategorii novostavba. Lasery v ní ale ještě nejsou. Mají být celkem čtyři, čerstvě dostavěn je první, a mají být nejvýkonnější na světě. Co jsou vlastně lasery zač, jak se technologie vyvíjí, k čemu má sloužit výzkum v centru ELI? Na to vše odpovídá místní vedoucí vývoje laserů Bedřich Rus.

Co vlastně je laser? Myslím, že kdekdo má z filmů a počítačových her představu výkonného silného energetického paprsku.

Laser je zařízení, které umožňuje vytvářet velmi intenzivní, úzce směrovaný svazek světla ve velmi krátkých záblescích. Přičemž lze ovlivnit, zda tyto záblesky jsou krátké, nebo delší. Výzkum zajímá situace, kdy jsou záblesky co nejkratší, až nepředstavitelně krátké. Dějí se v časech, které se poměrně vymykají chápání. Nicméně v tom právě je podstata zajímavosti těchto instrumentů: za krátký čas dokáží vyzářit ne nijak ohromující, přesto poměrně významnou energii.

Lze čas, o němž mluvíte, vyjádřit přesněji?

Laser je zařízení, které nějaký čas – minutu, vteřinu, desetinu vteřiny – akumuluje energii. A tu pak vybije třeba během biliardtiny biliardtiny vteřiny. Ale energie, kterou vybíjí, je pořád táž, jíž se nabil.

A kdybychom to opsali příkladem?

Je to, jako byste si vzal palici, tou tlačil na hlavičku hřebíku a pak si vzal kladívko, které může mít menší váhu než ona palice, ale do hlavičky hřebíku byste jím intenzivně uhodil. A když normálně vážícím kladívkem uhodíte do hlavičky hřebíku velkou silou, můžete vytvářet změny nějaké situace nějakých hmotných objektů. V tom je ten vtip. V zásadě jde o to, že za velmi krátkou dobu světelný záblesk laseru má tak velkou intenzitu, že dokáže svým elektrickým polem ve hmotě od sebe odtrhnout všecky její konstituenty. Atomy, v atomech od sebe elektrony a protony a tak dále. Totéž udělat jiným instrumentem není možné, takže v tom je unikátnost laserů, v tom jsou zajímavé.

Jaká tedy je energie laseru v jednom impulzu?

Ne až tak ohromující. Je to energie, která by stačila k ohřátí kávové lžičky z pokojové teploty na bod varu. Ale je dodána v tak krátkém čase, že když si stanovíte intenzitu, to znamená sílu světelného pole, je její intenzita záření stejná, jako by během toho kratičkého času Slunce vyzařovalo všecku svoji zářivou energii z plochy, já nevím, metr krát metr. To samozřejmě je neuvěřitelná hodnota. K ní se může dojít v laboratoři na maličkém vzorku a po krátký čas, kdy intenzita světla a toho světelného pole jsou tak nepředstavitelně obrovské, že právě hmotu lze roztrhat na její základní konstituenty. A to kontrolovatelným způsobem – v tom spočívá podstata dejme tomu částic urychlovaných pomocí laseru a jejich využití třeba v medicíně.

Uvádí se, že systém čtyř laserů, jež vznikají pro ELI, je nejvýkonnější na světě. Představují velký posun v porovnání s tím, co lasery uměly dosud? Nebo jinak: je laserový vývoj kontinuální, či skokový?

Co se týká výzkumu laserů, máme dvě základní novinky. Tou první je, že tři z našich čtyř – a vlastně i část toho čtvrtého – jsou oproti předešlým laserům založeny na technologii nové generace. Je to něco podobného, jako byste v roce 1960 místo elektronkového rádia držel v ruce tranzistorové. Podstatou starších laserů byly vakuové elektronky a vakuové výbojky se všemi nevýhodami a omezeními, které to obnášelo. Zatímco v nových laserech není vakuová elektronka či výbojka ani jediná. Laser, který jsme zrovna dokončili ve Spojených státech v Lawrence Livermore National Laboratory, už je postaven na bázi polovodičů. V tom je jedna výrazná změna.

A ta druhá novinka?

Ta je v intenzitě záření. Nové lasery nejsou nejvýkonnější a nejsilnější v tom smyslu, že by se jimi dalo pálit na vojenský cíl a zničit ho. Tak to není. Jsou to lasery, které za krátkou dobu dokážou poskytnout zatím největší energii, jakou se podařilo s lasery realizovat. Jak známe z fyziky, výkon je práce či energie měřená časem. Takže ta energie sice je relativně umírněná, ale trvá v tak krátkém čase, že podíl těchto dvou hodnot bude největší, jaký se zatím kdy podařilo realizovat. To jsou dvě taková nej.

Celý rozhovor si přečtěte v aktuálním vydání Týdeníku Echo nebo na Echo Prime