Etapa 2 - P1 2017

Shema de realizare a proiectului


Faza nr. 15

Responsabil: Dr. F. Spineanu / (Dr. V. Stancalie / Dr. C. Iorga)

Termen de predare: 14.08.2017

Titlu: "Procese atomice tranzitorii în plasme produse de pulsuri intense"

Rezumat: Ne propunem sa studiem procese atomice tranzitorii si plasma in parametrii de regim proprii materiei fierbinti si densa produsa la interactiunea unui puls laser ultra scurt si foarte intens. In particular studiem efecte ale campului intens asupra structurii electronice a unui ion. Aceste campuri intense sunt prezente in plasma de fuziune, in plasma de astrofizica si in plasma laser. In acest din urma caz, ele se pot produce pe doua cai: (a) prin campul ne-ecranat al sarcinii ionului in plasma, ceea ce produce efecte de cuplaj puternic cum este micsorarea continuumului, largimea liniei si suprapunerea liniilor spectrale, sau (b) prin campul electromagnetic al unui laser intens, care conduce la formarea de linii satelit in jurul liniilor interzise de radiatie X. Folosind metoda relativista Dirac-Fock au fost efectuate studii detaliate pentru descrierea corectiei la energia de ionizare a unui atom aflat in conditii de camp laser ultraintens, si a largimii liniei X din seriile K, L, si M. Sunt prezentate rezultate obtinute in urma simularilor 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 marimi în materiale fotosensibile pentru utilizare ca tinte in experimente de generare de fascicule de particule accelerate prin interacția cu laseri ultraintenși.
În aceasta etapa 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 revista cotată ISI.

Faza nr. 17

Responsabil: Dr. Sandu Ion

Termen de predare: 13.10.2017

Titlu: "Autoasamblarea unor nanomateriale prin ablatia laser a unor picaturi depuse pe substrat"

Rezumat: Auto-asamblarea este un fenomen fizic care consta in organizarea autonoma a unor componente in tipare sau structuri ordonate fara interventia omului. Este de doua feluri: a) cvasi-statica, unde procesul are loc la viteze foarte mici (a fost studiat in faza precedenta si continuata partial in faza actuala) si b) dinamica, are loc departe de echilibru si este studiat in faza actuala. Am gasit ca daca un film subtire, lichid al unor saruri ionice in apa este iradiat cu un laser pulsat, se obtine in anumite conditii o serie de cercuri concentrice formate din monocristale ale sarurilor ionice dizolvate, pe care- le-am numit 'ripples''-uri, in analogie cu ripplesurile formate prin iradierea unei suprafete solide cu laserul in fempto-secunde. Metoda de preparare este urmatoarea: Filme diluate (c = 0.01 − 1%wt.) din solutii de NaCl sau K2CrO4 au fost formate pe lamele de sticla prin intoducere si extragerea verticala a lamelelor din recepiente care contin solutiile. Filmele lichide acopera complet suprafata lamelelor (2.5 × 5.0 cm) si au o grosime d = 2.5 µm. Tinute in pozitie orizontala, filmele lichide obtinute au fost iradiate cu un puls laser la un unghi de incidenta  cu orizontala. Expeimente similare au fost realizate pe solutii coloidale din nanosfere de silica si polistiren de diferite dimensiuni. Analiza imaginilor de microscopie optica au aratat ca: a) interspatierea (perioada) ripplesurilor descreste neliniar catre o valoare constanta, apropiata de lungimea de unda  laserului utilizat b) latimea unui ripples creste cu cresterea unghiului de iradiere  la fel ca in experimentele clasice LIPSS dar nu cu sin or cos ca la acestea. Informatii pe larg pot fi gasite in 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. Diplasu

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 CETAL PWser 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. Ticos

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 determinarii. 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: Aceasta cercetare atinge zona problematicii principale in care se angajeaza aplicatiile posibile ale Laserilor de mare putere: anume, producerea de fascicule de ioni cu o energie inalta si cu un spectru ingust, destinati cuplarii cu sisteme nucleare. Pentru a produce un fascicul de ioni energici este in primul rand necesar sa se produca o componenta electronica energica si cu un moment liniar avand dispersie relativ mica. Ceea ce se opune acestui deziderat este in primul rand existenta unui proces de accelerare a electronilor cauzata de campul electric generat la reconexiunea magnetic, in zona punctului X. Este deci necesar sa examinam formarea si stabilitatea structurilor cuasi-coerente tranzitorii (straturi de curent) care, prin filamentarea sustinuta de reconexiunea magnetica genereaza astfel de fascicule de electroni de mare energie. Am tratat asadar trei probleme care constituie structura unui sistem explicative emergent in aceasta problema:
(1) Instabilitatea unui strat de curent la ruperea prin reconexiune magnetica
(2) Forma perturbatiei periodice a campului magnetic si a perturbatiei termice asociate
(3) Generarea unui fascicul de electroni ultra-energici, accelerati de campul electri superior celui critic (Dreicer) si deci formarea unei componente de “runaways”.
Aceasta structura explicativa si instrumentele ei este importanta pentru a se studia calitatea pe care o putem astepta de la spectrul energetic al particulelor grele (protoni) pe care am dori sa ii obtinem cu un Laser de mare putere.