VINERI ÎNCEPE CONSTRUCȚIA LASERULUI DE LA MĂGURELE. Cum va arăta cel mai mare proiect de cercetare din Europa: „Va fi un CERN al laserelor”

La doar 4 kilometri de București, înconjurat de o pădure densă, cu o rază de 800 de metri, alături de învechitele clădiri ale Institutului Național de Fizică și Inginerie Nucleară „Horia Hulubei” de pe platforma Măgurele, se va ridica cel mai mare centru de cercetare științifică din istoria României. Vineri începe oficial construcția pilonului românesc al infrastructurii europene „Extreme Light” (Lumină Extremă), care va rivaliza, din 2017, când va fi complet operațional, cu marile centre de cercetare din lume. Parcul științific de la Măgurele va fi pentru domeniul laserelor ceea ce CERN-ul de la Geneva este pentru domeniul particulelor elementare: un deschizător de drumuri, unde se vor putea dezvolta tehnologii înalte cum nici autorii de SF nu au imaginat, în scrierile lor.

„Este cea mai mare infrastructură de cercetare care s-a construit vreodată în România. Important este că în România se face cercetare de anvergură. Cercetătorii noștri nu trebuie numai să plece în alte părți, sperăm să se inverseze fuga creierelor și să se transforme în revenirea creierelor, iar tinerii să fie atrași de domeniul științific, având perspectiva să lucreze la un centru de nivel mondial„, spune dr. Nicolae Zamfir, directorul general al Institutului „Horia Hulubei” și șeful proiectului ELI-NP (Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics), numele oficial al laserului de la Măgurele.

Importanța acestei construcții este uriașă, nu doar pentru cercetarea din România, ci și pentru oamenii de știință din întreaga lume. „Măgurele va deveni un CERN al laserelor. Va fi o circulație de cercetători ca în marile centre de cercetare”, povestește pentru gândul fizicianul Andrei Dorobanțu, membru al echipei de cercetători care pun bazele ELI în România.

La câțiva pași de București începe însă nu doar o mega-construcție științifică, ci se vor sparge barierele fizicii, explică cercetătorii de la Măgurele.

Proiectul clădirii ELI de la Măgurele.

„La București se întâmplă o chestiune istorică. Nu e vorba de faptul că se construiește în România cel mai puternic laser din istorie. E o premieră în fizică, pentru că pentru prima oară se va intersecta un fascicul laser cu un fascicul de particule venit de la un accelerator de particule gamma„, spune Andrei Dorobanțu.

Așa arată terenul pe care se va ridica complexul ELI de la Măgurele.

„Centrul va fi un analog al CERN-ului de la Geneva – CERN este în domeniul particulelor elementare, aici suntem la interacția dintre radiația electromagnetică și materie. Sigur, este alt subiect, și anvergura centrului nostru este mai mică decât cea de la CERN, dar domeniul științific de acoperire va fi unic în lume„, este de acord Nicolae Zamfir cu această comparație cu acceleratorul de particule de la Geneva.

Prezentarea proiectului ELI-NP – laserul de la Măgurele.

Cât de mare e cel mai mare laser. Gigantul de la Măgurele

Dacă toți copiii din România ar face primii pași în bazele fizicii cu cercetătorul fizician Andrei Dorobanțu, probabil că în scurt timp ar uita că pe lume mai există și altceva decât protoni, neutroni și electroni. Vorbește cu atâta pasiune despre ce se întâmplă la Măgurele și știe să traducă în termeni atât de lumești întortocheata fizică, încât în scurt timp ai impresia că lângă București ia naștere o structură dintr-un roman SF. Fizicianul râde însă când aude de acest termen: „Eu cred că lucrurile care se discută acum în fizică au depășit demult SF-ul”.

Pe scurt, construcția de la Măgurele va arăta astfel, povestește Dorobanțu: „La un nivel va fi ELI, cu doi sau trei lasere de câte 10 petawați fiecare, care vor emite fascicule ce vor fi adunate la un loc într-unul singur de 30 de petawați. La etajul superior va fi un tun gamma, un accelerator de particule gamma – e vorba tot de lumină, de fotoni, dar cu totul alte proprietăți decât laserul. Suprafața fiecărui etaj va fi cât un teren de fotbal. Fasciculele sunt duse în subsol și acolo sunt ciocnite. Acolo se întâmplă fizica, atunci când cu fasciculul sunt lovite diferite ținte”.

30 de petawați este un termen care nu impresionează foarte multă lume, însă ar trebui. Spre exemplu, consumul de energie de pe întreaga planetă Pământ, în 2008, era de doar 15 terawați. Cele mai puternice lasere folosite în mod curent în laboratoare, la nivel mondial, au o putere de ordinul terawaților – 1 terawatt are 1 milion de milioane (trilion) de wați, iar un petawatt are 1.000 de terawați.

„Totul a pornit de la un foarte mare fizician francez, Gerard Mourou, revenit în Europa după ce 30 de ani a lucrat în SUA. Când a venit aici, prin 2006, s-a dus și a bătut la ușa Comisiei Europene și le-a spus: nu vreți să vă fac un laser cu puterea de ordinul exawaților (1 exawatt are 1.000 de petawați și nu a fost încă construit – n.r)?”, povestește fizicianul. Planul cercetătorului francez nu a fost încă total pus în aplicare, însă ELI-NP de la Măgurele este începutul: trei lasere de câte 10 petawați, dintr-un total planificat de 10 astfel de laseri.

„Este un laser de foarte mare putere. Ca să mărești puterea, ai două posibilități. Să mărești energia, ceea ce este total neconvenabil, pentru că te costă de te usucă. Laserul Megajoule din Franța dă un puls pe zi și în momentul pulsului consumă toată energia electrică din rețeaua din sudul Franței. Cealaltă posibilitate este să recurgi la pulsuri atât de scurte încât puterea explodează. Pulsul la ELI va începe de la femto, adică 10 la puterea -15 – o milionime de miliardime de secundă, și va merge până la o miliardime de miliardime de secundă – atto”, explică Andrei Dorobanțu cum va funcționa cel mai mare laser din istorie.

Ce faci cu cel mai mare laser din lume: de la terapia anti-cancer la distrugerea deșeurilor radioactive

Ca toate lucrurile gigantice, și laserul de la Măgurele impresionează prin dimensiuni, însă nimic nu se compară cu aplicațiile practice pe care le-ar putea avea această inovație tehnologică, așa cum le povestește fizicianul Andrei Dorobanțu. Îți arată un laptop și te întreabă școlărește: „Știi ce e ăsta, da? Ei, imaginează-ți…„. Cam așa vorbesc fizicienii despre laserul de la Măgurele, iar asta înseamnă mult pentru niște oameni obișnuiți cu cifrele și formulele.

Andrei Dorobanțu, fizician.

„Cea mai apropiată utilitate practică a acestui laser, ca orizont de timp, în opinia mea este să faci acceleratoare de particule table-top. Imaginează-ți că poți să faci un accelerator de particule care dă energii apropiate cu cel de la LHC (acceleratorul de la CERN Geneva – n.r), care are 27 de kilometri. Ăsta încape pe o masă, la propriu. E un laser de circa doi metri pe care îl poți pune pe masă și poți să faci cu el în primul rând terapie anti-cancer. Fasciculul laser are avantajul că este punct ochit, punct lovit. Marea problemă în iradierea tumorilor canceroase este că ajunge până acolo ce folosim noi, raze X, dar până acolo distruge țesuturile din jur. Cu laserul, îl reglezi în așa fel încât intensitatea lui să ajungă maximă când ajunge în tumoră. Nu strică nimic pe parcurs”, explică omul de știință.

O astfel de minunăție tehnică ar putea să ajungă să coste în jur de 2 milioane de euro, sumă pe care un spital serios și-o permite. Spre comparație, acceleratorul de particule de la Geneva a costat în jur de 6 miliarde de euro. Tot în domeniul medical, laserul de la Măgurele va putea fi folosit pentru crearea de radio-farmaceutice – izotopi radioactivi folosiți în tratarea cancerului sau altor boli.

O altă aplicație practică a laserului de la Măgurele ar putea fi testarea reactoarelor nucleare fără ca acestea să mai fie oprite – un pas de la cer la pământ. „Din cauza duratei înfiorător de scurtă a pulsului, cu un asemenea laser poți să faci diagnostică de materiale, de pildă să vezi dacă este OK căptușeala reactorului unei centrale nucleare în timpul procesului, cu centrala mergând”, spune Dorobanțu.

În fața unui laser cu o asemenea putere nu ar mai exista secrete la controalele antiteroriste de la frontiere, oricâtă imaginație ar avea un terorist. „Dacă vreau să controlez un transport, acum am la dispoziție razele X. Tu îți pui o bombiță în transport, pui un perete de plumb de doi-trei metri grosime, căptușești mașina, care trece bine-mersi. Cu laserii de mare putere, combinate cu radiație gama, poți să treci prin orice, nu mai e nimic ascuns„, își imaginează fizicianul.

Peste 50-100 de ani, când laserul de la Măgurele va deveni ceva comun, testat și operaționalizat și la dimensiuni mici, Andrei Dorobanțu își spune că probabil se va putea ajunge și la rezolvarea celei mai mari probleme a energiei nucleare: deșeurile radioactive.

„Cea mai mare problemă a energiei nucleare sunt deșeurile – unele au vieți de milioane de ani. Deja sunt făcute experimente – iau un laser de-ăsta de mare putere ca pe un Kalașnikov, iradiez deșeurile dimineața și până după-masă ele nu dispar, dar au ajuns la un timp de viață de câteva ore. Deocamdată așa ceva se întâmplă doar în laborator”, mai explică cercetătorul.

Foto: ELI Europa.

Laserul ca armă și visul unui fizician: spargerea vidului

Când auzi de o tehnologie a cărei putere nu a mai fost văzută pe Pământ până acum, nu e greu să te gândești la cum ar putea fi ea folosită militar și la o cursă similară de înarmare cu cea declanșată de bomba atomică. Cercetătorul de la Măgurele este însă cu picioarele pe pământ și spune că așa ceva nu este posibil, dintr-un motiv simplu:

„Nu te poți baza pe laseri în domeniul militar, tocmai pentru că sunt de mare putere și îți trebuie o mare energie să le folosești. Toată povestea asta cu arma laser din filme… Intensitatea este atât de mare, încât dacă concentrezi un laser ca al nostru pe un centimetru pătrat, distruge tot. Noi începem cu o intensitate de 10 la puterea 21 wați pe centimetru pătrat. Cu o intensitate de 10 la puterea a 2-a, deci cu 19 ordine de mărime mai mică, topești siliciul (are punctul de topire la peste 1.400 de grade Celsius – n.r). Îți dai seama ce faci la 10 la puterea 21?”.

Capacitatea de distrugere a gigantului de la Măgurele este înlocuită însă de o posibilă utilizare care, dacă se dovedește posibilă, ar da peste cap civilizația umană așa cum o știm acum. Totul pleacă de la visul fizicianului Gerard Mourou, cel care a pus bazele proiectului ELI: spargerea vidului cu un laser super-puternic, ceea ce ar duce la nașterea de energie pură, din nimic.

„Unul dintre lucrurile teribile pe care lumea le datorează fizicii este răspunsul la o întrebare nepusă de nimeni: ce este vidul? Afirmația fizicii este că vidul nu este gol, fie cosmic sau creat de mine. În fizica cuantică există un fenomen foarte interesant, numit anihilarea de perechi. Dacă ciocnești o particulă cu antiparticula ei, ele dispar amândouă și lasă în locul lor energie. Acea energie creează din nou perechi de particulă-antiparticulă, care iar reiau ciclul. Ai o reacție în lanț, care are loc în interiorul vidului, de-aia se spune că nu este gol. Nu există niciodată un vid perfect, pentru că dacă ar exista, s-ar prăbuși tot universul, ca într-o gaură neagră.

Poanta este că tot creând așa, ajungi la un nou mod de a produce energie. Dacă bombardezi vidul cu un fascicul suficient de mare energie, creezi perechi de particule, deci materie în vid, iar alea se anihiliează și creează energie. Totul este să știi cum să extragi energia de acolo. Interesul este imens, nu atât aici pe Pământ, pentru lucrurile cu care ne jucăm noi, ci pentru zobrurile cosmice și studiul fenomenelor din cosmologie”, povestește Andrei Dorobanțu cum SF-ul din filme sau din cărți este într-adevăr depășit de lucrurile discutate în acest moment, în lume, de fizicieni cât se poate de fideli pragmatismului.

Cum a luat naștere proiectul ELI și câți bani se investesc la Măgurele

Nicolae Zamfir, directorul ELI-NP România și al Institutului de Fizică „Horia Hulubei”. Foto: Silviu Matei // Mediafax.

„Extreme Light Infrastructure” (ELI) a plecat de la ideea lui Gerard Mourou și a ajuns la un consorțiu de 13 țări, din care face parte și România, dezvoltat de Uniunea Europeană.

„România a intrat din cauza istoriei noastre, în care chiar suntem pionieri. România a operat al treilea sau al patrulea laser din istorie, când a făcut profesorul Agârbiceanu primul laser românesc în 1964, aveau așa ceva doar americanii și rușii”, spune Andrei Dorobanțu.

După discuții la nivel înalt, s-a ajuns la concluzia că ELI se va construi cu trei piloni, în trei state europene diferite. Cinci țări au prezentat oferte pentru proiect – Cehia, Ungaria, România, Franța și Marea Britanie. Franța și Marea Britanie au pierdut, pentru că nu se puteau folosi de fondurile structurale ale UE, iar efortul financiar pentru guvernele respective ar fi fost prea mare.

„României i s-a dat pilonul de fizică nucleară, recunoscându-se super-expertiza românească în acest domeniu. Ungurii studiază ceva vital (pilonul ELI de lângă Szeged -n.r) – obținerea pulsurilor cât mai scurte, de ordinul atto (10 la puterea -18 – n.r). Cehii (pilonul ELI de lângă Praga – n.r), afaceriști cum sunt, și-au luat ce au considerat că este cea mai bănoasă chestie, pilonul în care studiază surse secundare. Fasciculul laser nu produce doar lumină, ci și tot felul de alte chestii – neutroni, protoni, fiind sursă secundară pentru diverse particule”, povestește fizicianul.

În 2017, când centrul științific de la Măgurele va fi complet operațional, directorul Nicolae Zamfir speră să dezvolte în jurul lui un mare parc hi-tech, de nivel mondial: „Peste tot în lume parcurile hi-tech s-au format în jurul unor centre de cercetare și sperăm ca și la Măgurele să se creeze un astfel de parc. Se schimbă paradigma de transferuri tehnologice. Centrul va fi axat foarte mult pe cercetări aplicative, ale căror rezultate vor putea fi transferate firmelor de hi-tech„.

Până atunci, austriecii de la Strabag încep vineri construcția complexului de clădiri și laboratoare, care se va întinde pe o suprafață de peste 31.000 de metri pătrați, după ce au câștigat în luna mai licitația publică pentru contractul de construcție al ELI-NP, de aproximativ 79 de milioane de euro. Costul total al proiectului de la Măgurele se ridică la 356 de milioane de euro, bani din care 83% sunt asigurați din fondurile structurale europene, iar restul din bugetul României.