Główny obszar prac realizowanych w OPWL obejmuje cztery przenikające się zakresy tematyczne: badania fizyki oddziaływań impulsów lasera wielkiej mocy z różnymi tarczami, optymalizacja wybranych wariantów fuzji laserowej, badania procesów hydrodynamicznych towarzyszących oddziaływaniu lasera-plazma oraz opracowywanie nowych zastosowań oddziaływań laser-materia.

Nieliniowe oddziaływania impulsów laserowych o wielkiej intensywności z różnymi tarczami, w szczególności procesy laserowego przyspieszania plazmy, jonów i mikrocząsteczek są badane przez OPWL eksperymentalnie i teoretycznie w ramach projektów krajowych i europejskich. Część tych prac dotyczy wybranych opcji fuzji laserowej. IFPiLM uczestniczy w realizacji europejskiego projektu HiPER obejmującego opracowanie fizycznej koncepcji i technicznego projektu infrastruktury laserowej celem zademonstrowania efektywnej produkcji energii w wyniku fuzji z inercyjnym utrzymaniem plazmy (Inertial Fusion Energy). Oddział realizuje w ramach tego projektu prace dotyczące optymalizacji wybranych wariantów syntezy laserowej i uczestniczy w przygotowaniu programu badań podstawowych dla infrastruktury HiPER. Wspólne eksperymenty laserowo-plazmowe przeprowadzane są w dużych europejskich laboratoriach, głownie w Ośrodku Badawczym PALS w Pradze, Republika Czeska.

W OPWL opracowano i przetestowano fizyczny mechanizm przyspieszania jonów w plazmie laserowej w wyniku działania sił ponderomotorycznych (Skin Layer Ponderomotive Acceleration - SPLA). W metodzie SLPA siły ponderomotoryczne wzbudzone przez ultra krótki, intensywny impuls laserowy w pobliżu powierzchni o koncentracji krytycznej w ekspandującej plazmie laserowej generują intensywny strumień prędkich jonów. Metoda ta jest badana w O.B. PALS także pod kątem jej przydatności do realizacji tzw. szybkiego jonowego zapłonu paliwa termojądrowego DT skomprymowanego sferycznie laserem o dużej energii (ion fast ignition). W Oddziale prowadzone są również analizy teoretyczne oraz symulacje komputerowe zjawisk związanych z nieliniowym oddziaływaniem laser-materia i procesów laserowego przyspieszania jonów.

W eksperymentach wykonywanych w O.B. PALS sprawdzana jest opracowana w OPWL nowa metoda laserowego przyspieszania makrocząstki z wykorzystaniem ciśnienia plazmy ablacyjnej zatrzymanej w specjalnej wnęce (Laser Induced Cavity Pressure scheme - LICPA). W schemacie LICPA przyspieszana folia (makrocząstka) stanowi dno małej wnęki. Wiązka laserowa naświetlająca folię jest wprowadzana do wnęki przez mały otwór. Folia przekształcana w makrocząstkę jest przyspieszana bezpośrednio w wyniku ablacji laserowej i dodatkowo ciśnieniem plazmy laserowej zatrzymywanej we wnęce. Parametry przyspieszanej makrocząstki określane są w trakcie jej ruchu w kanaliku umieszczonym za tarczą foliową. Analizowana jest możliwość wykorzystania metody LICPA do realizacji syntezy laserowej z zapłonem inicjowanym uderzeniem makrocząstki (impact fast ignition).

OPWL uczestniczy we wspólnych badaniach eksperymentalnych w O.B. PALS dotyczących najnowszej koncepcji efektywnej syntezy laserowej, w której do zapłonu skomprymowanego paliwa DT wykorzystuje się dodatkową silną koncentryczną falę uderzeniową (shock ignition). W metodzie tej sferyczna kompresja paliwa jest oddzielona od zapłonu tego paliwa silną falą uderzeniową, przy czym cały proces jest przeprowadzany za pomocą jednego, odpowiednio ukształtowanego impulsu. Pierwsza część tego impulsu o umiarkowanej intensywności i dużej energii powoduje sferyczną kompresję paliwa DT. Końcowa część tego impulsu będąca wąskim maksimum o wielkiej intensywności generuje silną sferyczną falę uderzeniową, która inicjuje zapłon skomprymowanego paliwa.

Inną tradycyjną tematyką badawczą realizowaną przez OPWL w O.B. PALS w ramach międzynarodowych eksperymentów jest optymalizowanie parametrów skolimowanych strumieni plazmowych generowanych laserem oraz parametrów przyspieszanych makrocząstek stosując różne konstrukcje tarcz i parametry impulsu laserowego. Badane jest też oddziaływanie takich strumieni z rozrzedzonym gazem. Wyniki tych prac mogą mieć odniesienie do fuzji laserowej i mogą służyć do laboratoryjnej symulacji zjawisk astrofizycznych.

Głównymi metodami diagnostycznymi opracowanymi i stosowanymi w rożnych eksperymentach w O.B. PALS i w IFPiLM są: trójkadrowa precyzyjna interferometria laserowa, różne układy do badania emisji jonów i promieniowania rentgenowskiego z plazmy, a także dokładna charakterystyka tarcz zmodyfikowanych w wyniku oddziaływania promieniowania laserowego (Wyposażenie, Projekt Mazowiecki)

Prowadzona obecnie modernizacja Laboratorium Laserów Wielkiej Mocy w OPWL odbywa się przy wsparciu Regionalnego Program Operacyjnego Województwa Mazowieckiego (w ramach Europejskiego program spójności).  Projekt ten obejmuje opracowanie i budowę zaawansowanych systemów do diagnostyki plazmy laserowej i modernizację pomieszczeń laboratoryjnych. W zmodernizowanym Laboratorium prowadzone będą badania oddziaływań nowego lasera wielkiej mocy (10 TW) z różnymi tarczami i badania dotyczące fuzji laserowej – głównie w ramach współpracy międzynarodowej.

Logo RPO Logo Mazowsze Logo UE
Początek strony