Etapa 2 - P1 2017
Shema de realizare a proiectului
Faza nr. 15
Responsabil: Dr. F. Spineanu / (Dr. V. Stăncălie / Dr. C. Iorga)
Termen de predare: 14.08.2017
Titlu: "Procese atomice tranzitorii în plasme produse de pulsuri intense"
Rezumat: Ne propunem să studiem procese atomice tranzitorii şi plasma în parametrii de regim proprii materiei fierbinţi şi densă produsă la interacţiunea unui puls laser ultra scurt şi foarte intens. În particular studiem efecte ale câmpului intens asupra structurii electronice a unui ion. Aceste câmpuri intense sunt prezente în plasma de fuziune, în plasma de astrofizică şi în plasma laser. În acest din urmă caz, ele se pot produce pe două căi: (a) prin câmpul ne-ecranat al sarcinii ionului în plasmă, ceea ce produce efecte de cuplaj puternic cum sunt micşorarea continuumului, lărgimea liniei şi suprapunerea liniilor spectrale, sau (b) prin câmpul electromagnetic al unui laser intens, care conduce la formarea de linii satelit în jurul liniilor interzise de radiaţie X. Folosind metoda relativistă Dirac-Fock au fost efectuate studii detaliate pentru descrierea corecţiei la energia de ionizare a unui atom aflat în condiţii de câmp laser ultraintens, şi a lărgimii liniei X din seriile K, L, si M. Sunt prezentate rezultate obţinute în urma simulărilor numerice efectuate.
Faza nr. 16
Responsabil: Dr. F. Jipa/ Dr. M Zamfirescu
Termen de predare: 14.08.2017
Titlu: "Interacţia pulsurilor laser ultraintense cu micro-ţintele fabricate prin metode foto-litografice"
Rezumat: Obiectivul acestei fazei a fost dezvoltarea unei tehnici de fabricare de micro-structuri 3D cu diferite geometrii și mărimi în materiale fotosensibile pentru utilizare ca ținte în experimente de generare de fascicule de particule accelerate prin interacția cu laseri ultraintenși.
În această etapă a fost realizată fabricarea de micro-structuri cu diferite geometrii și mărimi în materiale fotosensibile. Fabricarea de ținte 3D s-a făcut prin tehnica litografiei laser 3D, cu ajutorul efectului de fotopolimerizare de doi fotoni și algoritmi de tip prototipare rapidă pentru stereolitografie. Pentru a ușura proiectarea și fabricarea structurilor 3D a fost realizat un cod în limbaj Python de generare a coordonatelor traiectoriei de scanare a fascicului laser în procesul de litografie 3D. Acest cod permite fabricarea de conuri cu diferite forme, conform simulărilor PIC. Din simulările numerice PIC rezultă o eficiență mărită de absorbție precum și o creștere a energiilor de accelerare în cazul conurilor cu pereți curbi. Au fost fabricate diferite tipuri de geometrii 3D precum ținte de formă conică, conuri cu pereți drepți sau pereți curbi, precum și tuburi capilare.
Rezultatele cercetărilor au fost prezentate la 4 conferințe internaționale, dintre care 2 prezentări poster și 2 lecții invitate, și au fost publicate într-o revistă cotată ISI.
Faza nr. 17
Responsabil: Dr. Sandu Ion
Termen de predare: 13.10.2017
Titlu: "Autoasamblarea unor nanomateriale prin ablaţia laser a unor picături depuse pe substrat"
Rezumat: Auto-asamblarea este un fenomen fizic care constă în organizarea autonomă a unor componente în tipare sau structuri ordonate fără intervenţia omului. Este de două feluri: a) cvasi-statică, unde procesul are loc la viteze foarte mici (a fost studiat în faza precedentă şi continuată parţial în faza actuală) şi b) dinamica, are loc departe de echilibru şi este studiat în faza actuală. Am găsit că dacă un film subţire, lichid al unor săruri ionice în apă este iradiat cu un laser pulsat, se obţine în anumite condiţii o serie de cercuri concentrice formate din monocristale ale sărurilor ionice dizolvate, pe care- le-am numit 'ripples''-uri, în analogie cu ripplesurile formate prin iradierea unei suprafeţe solide cu laserul în fempto-secunde. Metoda de preparare este următoarea: Filme diluate (c = 0.01 − 1%wt.) din soluţii de NaCl sau K2CrO4 au fost formate pe lamele de sticlă prin intoducerea şi extragerea verticală a lamelelor din recipiente care conţin soluţiile. Filmele lichide acoperă complet suprafaţa lamelelor (2.5 × 5.0 cm) şi au o grosime d = 2.5 µm. Ţinute în poziţie orizontală, filmele lichide obţinute au fost iradiate cu un puls laser la un unghi de incidenţă cu orizontala. Experimente similare au fost realizate pe soluţii coloidale din nanosfere de silică şi polistiren de diferite dimensiuni. Analiza imaginilor de microscopie optică au arătat că: a) interspaţierea (perioada) ripplesurilor descreşte neliniar către o valoare constantă, apropiată de lungimea de undă laserului utilizat b) lăţimea unui ripples creşte cu creşterea unghiului de iradiere la fel ca în experimentele clasice LIPSS dar nu cu sin or cos ca la acestea. Informaţii pe larg pot fi găsite în articolul publicat de noi, "Ion Sandu, Iuliana Urzica, Ana Maria Niculescu, Claudiu Teodor Fleaca, Florian Dumitrache, Maria Badiceanu, Self-organisation of single-crystals as ripple patterns through laser ablation of ionic salt solutions, Applied Surface Science 417 (2017) 160–164."
Faza nr. 18
Responsabil: Dr. C. Diplaşu
Termen de predare: 13.10.2017
Titlu: "Sistem de extragere a fasciculului de probă, integrat în incinta de interacție, pentru accesul la caracterizarea pulsurilor de mare intensitate utilizate în interacție"
Rezumat: Dispozitivul laser CETAL PW execută ritmul de repetare și regimurile de vârf: 10 Hz @ 45 TW și 0,1 Hz @ 1 PW care livrează o rază laser cu dimensiunile deschiderii totale de 180 mm în camera de interacțiune.
Configurația inițială de control a acestui laser în ambele regimuri de funcționare a fost făcută în "mod continuu" în furnizarea de impulsuri și semnale electrice de sincronizare asociate. S-a implementat un sistem de sincronizare personalizat în sistem la sistemul laser pentru a extinde capacitățile unității de generare a întârzierilor asupra modurilor de împușcare și de spargere a impulsurilor laser și a semnalelor de sincronizare pentru dispozitivele de diagnosticare din camera de interacțiune.
În timp ce proprietățile spațio-temporale ale fasciculului laser pot fi optimizate prin lanțurile de amplificare ale sistemelor laser ultra-intense, problemele majore sunt legate de livrarea fasciculului pe țintă, unde atât structura impulsurilor spațiale cât și temporale sunt afectate de complexitatea sistemului de transport al fasciculului. Din compresorul optic fasciculul laser se deplasează sub vid (10-6 mbar), iar țevile cu diametrul interior sunt de 250 mm, care sunt destul de aproape de dimensiunea fasciculului. Pentru a împiedica fixarea fasciculului pe oglinzi sau prin lovirea pereților tubului, este necesar un sistem de monitorizare a traseului fasciculului și un sistem de aliniere activă.
În acest sens a fost implementat un sistem de aliniere semi-automatizat, bazat pe software-ul de control dedicat și camerele CCD și utilizând suporturile motorizate și este utilizat în prezent în rutina de aliniere zilnică a fasciculului laser în sistemul de transport al fasciculului.
Faza nr. 19
Responsabil: Dr. C. Ticoş
Termen de predare: 10.12.2017
Titlu: "Măsurarea intensităţii fascicului de electroni relativistic acceleraţi în plasmă cu laser hiperintens"
Rezumat: O parte esențială a experimentelor de accelerare a electronilor este diagnosticarea fasciculului de electroni. Această fază prezintă o descriere detaliată a dispozitivelor de măsurare și a procedurilor de calibrare care permit măsurarea absolută a sarcinii unui fascicul de electroni relativist emis fie prin interacțiune laser-plasmă, fie obținut de la un accelerator de electroni liniar. Prin intermediul datelor măsurate independent se poate realiza o etalonare încrucișată directă a sistemelor de detecție utilizate. Sunt prezentate trei metode de diagnosticare a sarcinii unui fascicul de electroni: Faraday Cup, Transformatorul de curent Integrator (TIC) și filmul radiochromic (Gafchromic EBT3). TIC este folosit ca instrument absolut pentru măsurarea sarcinii fascicului de electroni fără detalii asupra incertitudinii determinării. Semnalul de la acest sistem de monitorizare poate fi calibrat încrucișat cu sarcina absolută măsurată utilizând o cușcă Faraday și un film radiochromic.
Faza nr. 20
Responsabil: Dr. F. Spineanu
Termen de predare: 10.12.2017
Titlu: "Straturi de curent în plasmă şi fascicule aleatoare de electroni acceleraţi"
Rezumat: Această cercetare atinge zona problematicii principale în care se angajează aplicaţiile posibile ale laserilor de mare putere: anume, producerea de fascicule de ioni cu o energie înaltă şi cu un spectru îngust, destinaţi cuplării cu sisteme nucleare. Pentru a produce un fascicul de ioni energici este în primul rând necesar să se producă o componentă electronică energică şi cu un moment liniar având dispersie relativ mică. Ceea ce se opune acestui deziderat este în primul rând existenţa unui proces de accelerare a electronilor cauzată de câmpul electric generat la reconexiunea magnetică, în zona punctului X. Este deci, necesar să examinăm formarea şi stabilitatea structurilor cuasi-coerente tranzitorii (straturi de curent) care, prin filamentarea susţinută de reconexiunea magnetică generează astfel de fascicule de electroni de mare energie. Am tratat aşadar trei probleme care constituie structura unui sistem explicativ emergent în această problemă:
(1) Instabilitatea unui strat de curent la ruperea prin reconexiune magnetică;
(2) Forma perturbaţiei periodice a câmpului magnetic şi a perturbaţiei termice asociate;
(3) Generarea unui fascicul de electroni ultra-energici, acceleraţi de câmpul electric superior celui critic (Dreicer) şi deci formarea unei componente de “runaways”.
Această structură explicativă, şi instrumentele ei, este importantă pentru a se studia calitatea pe care o putem aştepta de la spectrul energetic al particulelor grele (protoni) pe care am dori să îi obţinem cu un laser de mare putere.