Unikátne zariadenie, ktoré prináša nové možnosti v základnom aj aplikovanom výskume v oblasti fotochémie. Takým je najvýkonnejší infračervený laser na voľných elektrónoch, ktorý postavili novosibírski fyzici a bol spustený v Budkerovom inštitúte jadrovej fyziky (BINP) Ruskej akadémie vied.
Zariadenie umožňuje ovplyvňovať priebeh chemických reakcií, vďaka čomu môžu vedci vyvíjať nové materiály alebo veľmi čisté látky. Infračervené žiarenie má totiž schopnosť ovplyvňovať silu väzieb v molekuly, takže chemická reakcia potom môže prebiehať iným spôsobom než pri normálnych podmienkach a vznikne iná výsledná látka. Ak sa vezme zmes látok, ktoré majú rovnaké chemické vlastnosti, ale rôzne sa správajú v poli infračerveného žiarenia, je možné nechať zreagovať len jednu zložku s reagentom. Druhá zložka potom zostáva bezo zmeny a týmto spôsobom je možné riadiť priebeh chemických reakcií.
Nové zariadenie môže slúžiť aj na separáciu látok, ktoré by sme nedokázali oddeliť bežnými chemickými postupmi. Príkladom potenciálu nového laseru je separácia izotopov kremíku, ktorý je široko využívaný pri výrobe polovodičov. V prírode sú zastúpené tri izotopy kremíka, ale kryštály, ktoré majú výhodné vlastnosti, napríklad z hľadiska tepelnej vodivosti, obsahuje len jeden z nich.
Ako uvádza Dr. Dušan Chorvát z Medzinárodného laserového centra, laser na voľných elektrónoch sa líši od bežných laserov, s ktorými sa stretávame okolo seba, napríklad v DVD mechanikách a laserových počítačových myšiach. Zväzok fotónov v tomto zariadení vzniká vďaka pohybu elektrónov po zakrivenej dráhe v tzv. undulátore, druhom stupni laseru. Zmenou energie elektrónov a parametrov undulátora je možné dosahovať široké spektrum frekvencie výsledného lúča, čo ostatné typy laserov neumožňujú. Nevýhodou sú veľké rozmery celého zariadenia, napríklad samotný novosibírsky laser zaberá plochu veľkosti zhruba 1 000 metrov štvorcových.
Prvá časť zariadenia bola spustená v roku 2003 s rozsahom vlnových dĺžok od 90 do 270 mikrometrov, o šesť rokov neskôr nasledovala druhá časť (rozsah generácie od 37 do 80 mikrometrov). Tretia časť laseru bola prvýkrát spustená do prevádzky v júli 2015, kedy vygeneroval zväzok s vlnovou dĺžkou 9,6 mikrometrov. Dnes sa vlnová dĺžka generovaného žiarenia môže pohybovať v rozmedzí od 5 do 30 mikrometrov. „Vďaka tejto tretej časti sa novosibírsky laser stal najvýkonnejším zariadením svojho druhu na svete. Po otestovaní laseru a zmeraní jeho parametrov ho vedci začali pripravovať na reálne experimenty,“ uviedol RNDr. Dušan Chorvát, PhD., zástupca riaditeľa Medzinárodného laserového centra v Bratislave. Centrum je v oblasti vedy a techniky v rámci SR osobitnou štruktúrou, pretože je budované ako nezávislé štátne prístrojové centrum so špičkovou technikou, využiteľnou pre všetky rezorty.
Priemerný výkon novosibírskeho laseru dnes dosahuje 500 W a bude naďalej zvyšovaný na niekoľko kilowattov. V septembri 2016 bol otestovaný nový injektor elektrónov, ktorý umožní ešte zvýšiť jeho výkon. Vedúci vedeckovýskumného laboratória BINP, Nikolaj Vinokurov, sa k tomu vyjadril: „Zahájili sme túto prácu v roku 2015 a teraz bol vykonaný prvý test injektoru, po ktorom bude namontovaný na svoje stanovište. Počítame s tým, že nám umožní niekoľkonásobne zvýšiť výkon nového laseru na voľných elektrónoch.“ Vďaka takto výkonnému zdroju infračerveného žiarenia sa otvárajú nové oblasti výskumu, ktoré boli skôr nedostupné. Teraz je napríklad možné zvoliť frekvenciu lúča pre každú zlúčeninu zvlášť, a pritom nedôjde k výraznému úbytku výkonu na zvolenej vlnovej dĺžke.
Novosibírsky laser na voľných elektrónoch navyše môže poslúžiť ako základ pre vývoj ešte výkonnejších zariadení, ktoré môžu mať okrem výskumných účelov využitie ako zo stránok vedecko-fantastickej literatúry. „Existuje napríklad projekt prenosu energie do družíc. S pomocou týchto laserov by bolo možné napájať družice na obežnej dráhe priamo zo Zeme, a tak prestať používať solárne panely,“ uzavrel Vinokurov.
Informácie a foto poskytla: Zuzana Sommerová z Essential Communication, s. r. o.
Odborné komentáre k textu poskytol: RNDr. Dušan Chorvát, PhD., zástupca riaditeľa Medzinárodného laserového centra v Bratislave
Spracovala: Slávka Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR
Ilustračné foto: Pixabay.com
UVerejnila: ZVČ