Projekty badawcze wykonywane w całości lub w części w OPWL związane są z wieloletnim programem badań realizowanych w tym Oddziale [Misja]. Większość prac badawczych dotyczących oddziaływań laser-materia i fuzji laserowej w OPWL jest realizowana i finansowana w ramach projektów krajowych i międzynarodowych (głównie europejskich) z dofinansowaniem środkami z MNiSW. Projekty te w większości są koordynowane przez IFPiLM. Niektóre projekty, koordynowane przez ośrodki zagraniczne realizowane z udziałem OPWL obejmują badania prowadzone w laboratoriach europejskich i w części w LLWM z udziałem  pracowników z zewnętrznych ośrodków.

Poniżej są wymienione najważniejsze projekty badawcze realizowane w ciągu ostatnich lat przez pracowników OPWL we współpracy z zespołami z innych ośrodków:

  • EUROfusion Project RoHGIFE (Routes to High Gain for Inertial Fusion Energy, 1.01.2019–31.12.2020). Projekt RoHGIFE jest kontynuacją projektu EUROfusion ToIFE (Towards Demonstration of Inertial Fusion for Energy, 2014–2018).

Projekt realizowany w ramach współpracy europejskiej obejmuje badania teoretyczno-numeryczne i eksperymentalne dotyczące różnych wariantów laserowej syntezy termojądrowej (fuzja z inercyjnym utrzymaniem plazmy). OPWL realizuje w latach 2019–2020 badania numeryczne związane z tzw. szybkim zapłonem jonowym (SZJ) fuzji, w tym badania laserowej akceleracji intensywnych wiązek jonów dla SZJ i ich oddziaływania z tarczami fuzyjnymi, a także badania emisji impulsów elektromagnetycznych z plazmy wytwarzanej laserami terawatowymi i petawatowymi w korelacji z emisją cząstek z plazmy.

  • EUROfusion Project WP-ER: ENR-IFE19.CEA-01: Study of Direct Drive and Shock Ignition for IFE: Theory, Simulations, Experiments, Diagnostics development (2014–2018).

W ramach projektu na układzie PALS w Pradze prowadzone są badania związane z koncepcją fuzji laserowej z zapłonem udarowym. Dotyczą one identyfikacji mechanizmów przekazu energii lasera do fali uderzeniowej w plazmie z udziałem szybkich elektronów. Sprawdzane są korelacje czasowe między frakcjami szybkich elektronów generowanymi w wyniku różnych mechanizmów w zależności od długości fali promieniowania laserowego. Prowadzone są spektroskopowe pomiary emisji elektronów i jonów w połączeniu z pomiarami polaro-interferometrycznymi parametrów plazmy.

  • Laserlab-Europe Project: PALS-002368: Space-time measurements of spontaneous magnetic field in correlation with the electron and ion emission from the ablative plasma on the PALS laser in the context of ICF application.

Projekt dotyczy przestrzenno-czasowych pomiarów spontanicznych pól magnetycznych (SPM) w korelacji z emisją elektronów i jonów z plazmy ablacyjnej na układzie laserowym PALS w Pradze. Wyniki pomiarów są ważne dla różnych zastosowań, w szczególności dla badań fuzji laserowej oraz badań astrofizycznych (1.01.2018–30.11.2019).

  • Laserlab-Europe Project: PALS-002514: Alternative method of acceleration of dense plasma objects (macroparticles/plasma streams) (1.01.2019–31.12.2020).

Celem badań jest optymalizacja warunków oświetlania oraz konstrukcji tarcz naświetlanych laserem PALS w Pradze, dla efektywnego laserowego przyspieszania makrocząstek i gęstych strumieni plazmy. Stosowane są specjalne tarcze typu Cavity Acceleration Pressure. Eksperymenty dotyczą badań związanych z fuzją laserową.

  • Grant NCN HARMONIA nr 2014/14/ST7/00024: Impulsy elektromagnetyczne inicjowane oddziaływaniem lasera z tarczą w układach laserowych wielkiej mocy (2015–2018).

W ramach projektu przeprowadzono badania dotyczące generowania impulsów elektromagnetycznych (EMP) w wyniku oddziaływań lasera wielkiej mocy z materią. Oprócz badań w LLWM wykonano także pomiary EMP w laboratoriach CELIA na Uniwersytecie w Bordeaux (Francja), laboratorium CLF w Rutherford Appleton Laboratory (Wielka Brytania) oraz PALS w Pradze. Do pomiarów EMP stosowano m.in. specjalne sondy wykonane w OPWL. Zbadano mechanizmy wytwarzania EMP oraz właściwości EMP emitowanych w różnych warunkach oddziaływania laser-tarcza. Otrzymane rezultaty powinny być użyteczne przy projektowaniu eksperymentów na dużych układach laserowych, m.in. takich jak budowane obecnie lasery Extreme Light Infrastructure w Pradze, Szegedzie i Bukareszcie oraz multi-kJ laser PETAL w Bordeaux.

  • Laserlab-Europe Project: PALS-2200: Comprehensive investigation of ablative plasma with using femtosecond polaro-interferometry for applications in inertial confinement fusion and astrophysics (2016–2017).

Projekt obejmował pomiary spontanicznych pól magnetycznych (SPM) w plazmie laserowej za pomocą dwukanałowego polaro-interferometru, oświetlanego impulsem lasera o czasie trwania 40 fs. Uzyskane rozkłady SPM były podstawą do określenia przekazu energii lasera do SPM poprzez gorące elektrony. Uzyskane wyniki mogą być wykorzystane w badaniach syntezy laserowej z tzw. szybkim zapłonem paliwa DT (fast ignition).

  • Project COST Action MP 1208: Memorandum of Understanding for the implementation of a European Concerted Research Action designated as COST Action MP1208: Developing the Physics and the Scientific Community for Inertial Confinement Fusion at the Time of NIF ignition (2013–2017).

Głównym celem projektu realizowanego z udziałem OPWL było wspieranie współpracy europejskiej w zakresie rozwoju badań fizyki z inercyjnym utrzymaniem plazmy (fuzja laserowa) w relacji do wyników prac wykonywanych na układzie laserowym NIF (National Ignition Facility) w USA ukierunkowanych na maksymalizację wydajności fuzji laserowej i zapłon paliwa DT.

  • Project SILMI RNP-ESF (European Science Foundation): Studies of macroscopic effects of high-intensity laser-matter interaction and applications of results of these investigations (2014–2016).

Celem projektu realizowanego z udziałem OPWL było wspieranie europejskich badań fundamentalnych i aplikacji dotyczących procesów oddziaływań laserów wielkiej mocy z materią w zakresie teorii, eksperymentu i zastosowań praktycznych.

  • Grant NCN – HARMONIA nr 2012/04/M/ST2/00452: Badania nieliniowych oddziaływań laser-plazma i generacji fal uderzeniowych w plazmie dla potrzeb udarowego zapłonu termojądrowego z utrzymaniem inercyjnym (2013–2015).

Badania dotyczyły fuzji z tzw. udarowym zapłonem paliwa jądrowego, w której spalanie skomprymowanego paliwa deuterowo-trytowego (DT) jest inicjowane silną falą uderzeniową generowaną laserem. Eksperymenty prowadzono głównie w ośrodku PALS RC w Pradze na kilodżulowym laserze PALS, którego parametry, takie jak natężenie i czas trwania impulsu laserowego, są bliskie przewidywanym parametrom impulsu wytwarzającego falę uderzeniową umożliwiającą zapłon paliwa. W wyniku przeprowadzonych pomiarów, wspomaganych symulacjami komputerowymi, zidentyfikowano i scharakteryzowano główne mechanizmy odpowiedzialne za nieliniowy charakter oddziaływania promieniowania laserowego z plazmą w warunkach odpowiadających udarowemu zapłonowi fuzji oraz określono wpływ tych mechanizmów na efektywność przekazu energii od lasera do fali uderzeniowej. Określono warunki, przy spełnieniu których możliwe jest wygenerowanie fali uderzeniowej o ciśnieniu spełniającym wymagania udarowego zapłonu (≥300 Mbar), a także zaproponowano i zademonstrowano nowy sposób wytwarzania fali uderzeniowej umożliwiający osiągnięcie wymaganego ciśnienia przy znacznie mniejszych energiach i natężeniach impulsu laserowego niż przy wykorzystaniu metod stosowanych dotychczas.

  • Projekt RPO_WM nr MJWPU.420-738/10: „Rozbudowa i modernizacja Laboratorium Laserów Wielkiej Mocy (LLWM) w IFPiLM”. Projekt był dofinansowywany przez Unię Europejską w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego (RPO-WM, 2011–2013).

W celu dalszego radykalnego rozwoju badań w LLWM z użyciem lasera Pulsar 10 TW zrealizowano projekt RPO-WM obejmujący budowę i zakup aparatury diagnostycznej do badania plazmy laserowej, w tym: szybkiej kamery i spektrometru promieniowania X, interferometru wielokadrowego, dwóch jonowych spektrometrów masowych i układów do akwizycji wyników pomiarów. Program dotyczył też budowy dwóch komór plazmowych z układami próżniowymi i modernizacji pomieszczeń laboratorium [Wyposażenie].

  • Project HiPER: Grant Agreement No.: 211737. Project funded by the EU Commission: HiPER European High Power Laser Experimental Research Facility, Preparatory Phase Study (2008–2011).

Projektowana europejska infrastruktura laserowa HiPER ma być przygotowana do demonstracji efektywności syntezy laserowej jako przyszłego źródła energii oraz do prowadzenia badań różnych zastosowań lasera o wielkiej gęstości mocy. IFPiLM w ramach projektu HiPER badał zastosowania generowanego laserem impulsu jonowego do inicjowania „szybkiego zapłonu” paliwa termojądrowego oraz analizował możliwości zastosowania infrastruktury HiPER do symulacji zjawisk astrofizycznych i badania mechanizmów laserowego przyspieszania jonów.

Wykorzystując środki projektu HiPER i fundusze krajowe, w 2010 roku zakupiono dla IFPiLM i zainstalowano w OPWL laser wielkiej mocy PULSAR generujący impulsy o czasie trwania 40 fs, mocy 10 TW i gęstości mocy >1018 W/cm2 [Wyposażenie].

  • Laserlab-Europe Projects: Poniżej wymienione projekty, sfinansowane przez Konsorcjum Laserlab-Europe, zostały zrealizowane w latach 2007–2014 przez zespoły pracowników z OPWL we współpracy międzynarodowej.

Projekty te dotyczyły badań różnych aspektów oddziaływania lasera wielkiej mocy z tarczami stałymi, w tym pomiarów strumieni jonów, promieniowania rentgenowskiego i strug plazmowych (plasma jets) emitowanych z plazmy laserowej (w lab. PALS) oraz laserowej akceleracji jonów (w lab. LULI) i gęstej plazmy (w lab. PALS). Badano też zjawiska ważne dla optymalizacji fuzji laserowej.

  • LULI-001317: Laser-induced generation of high-density high-current proton beams using skin-layer ponderomotive acceleration,
  • PALS-1887: The effect of preformed plasma on a laser-driven shock produced in a planar target at the conditions relevant to shock ignition,
  • PALS-1766: Mutual interactions of laser-produced plasmas with different atomic numbers in an axially symmetrical geometry,
  • PALS-1552: Plasma jet creation and its interaction with plasmas and other jets,
  • PALS-1514: Highly efficient acceleration and collimation of high-density plasma for fusion-related applications.
logo EUROfusion logo LaserLab Logo UE
Początek strony