PolFEL 1.1

Nazwa projektu:
PolFEL – Polski Laser na Swobodnych Elektronach (faza 1.1)

Cele projektu:
Przedmiotem fazy 1.1 budowy Polskiego Lasera na Swobodnych Elektronach jest zwiększenie jego możliwości badawczych osiągniętych w fazie 1. Cel ten będzie zrealizowany w dwojaki sposób. Po pierwsze – poprzez zakup i instalację wysoko wydajnego układu kriogenicznego skraplania helu, po drugie – poprzez budowę nowych i doposażenie przewidzianych do realizacji w fazie 1 stanowisk badawczych: stanowiska testowego kriomodułów przyspieszających, stacji badań biomedycznych oraz laboratorium czystego. Opisany zakres działań stanowi kolejny, wyodrębniony etap budowy Polskiego Lasera na Swobodnych Elektronach – PolFEL.

PolFEL jest źródłem światła należącym do klasy laserów na swobodnych elektronach (FEL), łączącym zalety konwencjonalnych laserów (spójne, ultra-krótkie impulsy o wysokiej mocy) i synchrotronów (wysoka częstość repetycji, szeroki zakres widmowy od THz do promieni X). Urządzenie składa się ze źródła elektronów, akceleratora przyspieszającego elektrony i wytwarzającego wysokiej jakości ich wiązkę oraz undulatorów wytwarzających naprzemienne pole magnetyczne, wymuszające spójne wypromieniowanie światła przez elektrony. Światło to kierowane jest następnie do stacji badawczych, zaś wiązka elektronowa zostaje wykorzystana do wygenerowania promieniowania rentgenowskiego w eksperymentalnej stacji efektu Comptona.

Ze względu na wyjątkowe własności światła wytwarzanego przez laser na swobodnych elektronach, może być ono wykorzystane do prowadzenia badań w licznych dziedzinach nauki i techniki. Spójne światło o wysokiej intensywności umożliwia trójwymiarowe obrazowanie dyfrakcyjne struktur atomowych (np. cząsteczek) jednym impulsem laserowym. Wytwarzanie ultra-krótkich impulsów spójnego światła połączone z wysoką częstością ich powtarzania umożliwia prowadzenie pomiarów z rozdzielczością czasową, pokazujących przebieg procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych w skali femtosekundowej. Struktura elektronowa cząsteczek i materii skondensowanej może być badana w doświadczeniach pompa-sonda. Wysokiej mocy impulsy laserowe mogą posłużyć do tworzenia nowych stanów materii takich, jak plazma o bardzo wysokiej gęstości. Wykorzystanie wiązki elektronowej stwarza możliwości badawcze np. z zakresu fizyki materiałów, czy też fizyki jądrowej. PolFEL jest urządzeniem o dużym i różnorodnym znaczeniu dla rozwoju konstrukcji i zastosowań laserów na swobodnych elektronach. Jego nowatorskość i niepowtarzalność polega na w pełni nadprzewodzącej budowie jego głównego elementu, akceleratora: oprócz struktur przyspieszających i rezonatora działa elektronowego zastosowana zostanie również nadprzewodząca fotokatoda. Dzięki temu PolFEL, jako jedyny istniejący laser na swobodnych elektronach, będzie mógł pracować w modzie ciągłym, zachowując przy tym możliwości pracy impulsowej.

Nie sposób przecenić znaczenia tej innowacji dla rozwoju i wykorzystania laserów na swobodnych elektronach oraz prowadzonych za ich pomocą badań. Praca w modzie ciągłym powala zwiększyć o 2 rzędy wielkości, w stosunku do pracy w modzie impulsowym, średni strumień emitowanych przez urządzenia fotonów. To z kolei umożliwia prowadzenie za ich pomocą doświadczeń nad zjawiskami o niskim prawdopodobieństwie i pracę z rozrzedzonymi próbkami. Co więcej, ciągła praca źródła, poprzez dopasowanie struktury czasowej impulsów do szybkości zbierania danych przez detektory, pozwala dobrać parametry wiązki fotonowej do indywidualnych potrzeb doświadczalnych i prowadzić badania nieosiągalne innym metodami. Z drugiej strony, zachowanie możliwości pracy impulsowej jest istotne dla osiągniecia wysokiej mocy impulsów laserowych oraz możliwie najmniejszej długości fali. PolFEL będzie więc urządzeniem o unikalnej elastyczności i szerokim zakresie zastosowań.

Planowane efekty:

• Zakup i instalację wysoko wydajnego UKŁADU KRIOGENICZNEGO SKRAPLANIA HELU
• Budowa nowych i doposażenie przewidzianych do realizacji w fazie 1 stanowisk badawczych:
  – STANOWISKA TESTOWEGO KRIOMODUŁÓW PRZYSPIESZAJĄCYCH
  – STACJI BADAŃ BIOMEDYCZNYCH
  – LABORATORIUM CZYSTEGO

Wartość projektu:
całkowita wartość projektu wynosi 31 330 740,00 PLN

Wkład Funduszy Europejskich:
20 326 350,00 PLN (środki Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego)