Tot felul de chestii

Cum schimbă lumea LASERUL de la Măgurele. CEL MAI MARE PROIECT ştiinţific din România

Laserul de la Măgurele - proiect care beneficiază de o finanţare-record în valoare de 293 de milioane de euro - va fi de 10 ori mai puternic decât cel mai performant laser care există acum în lume. Dacă proiectul reuşeşte, peste câteva zeci de ani, un laser va putea face treaba unui accelerator de particule uriaş. Cel de la Geneva se află într-un tunel cu diametrul de 27 de kilometri. Laserul încape într-o clădire de câteva zeci de metri pătraţi. Traian Băsescu se duce vineri la Bruxelles şi va face lobby pentru accelerarea procedurilor de aprobare a proiectului.

Ce ar mai putea face laserul? "O aplicaţie interesantă este să reuşim determinarea reportului dintre uraniul util şi cel nefolositor", spune Nicolae Zamfir, directorul Institutului de Fizică şi Inginerie Nucleară "Horia Hulubei". Un astfel de rezultat ar avea implicaţii economice imediate. În timp ce uraniul 238 (un izotop al uraniului) este complet nefolositor, uraniul 235 (un alt izotop) este cel folosit în reactoare, pentru producerea de energie electrică, de exemplu.

Determinarea raportului între uraniul nefolositor şi cel folositor

Determinarea s-ar putea face cu ajutorul fasciculului de radiaţii gamma. Uraniul 238 este mai greu, deoarece are trei neutrini în plus.

Mai mult, pe baza fasciculului de radiaţii gamma s-ar putea găsi o metodă de a măsura cantitatea de combustibil din barele de material radioactiv. Acum, aceste bare sunt schimbate periodic. La momentul scoaterii lor din producţie, unele dintre bare şi-au consumat de multă vreme combustibilul, în timp ce altele ar mai putea fi folosite ceva vreme.

Procesarea deşeurilor radioactive - un timp de neutralizare mai scurt

Laserul ar putea fi folosit şi în domeniul deşeurilor nucleare. Aceste deşeuri au un timp de neutralizare foarte îndelungat, de mii de ani chiar. De aceea, aceste deşeuri sunt ţinute în depozite uriaşe şi atent izolate. Cu laserul, cercetătorii pot transforma, prin iradiere, nucleele radioactive în nuclee cu un timp de înjumătăţire (în sensul neutralizării) mai mic.

În România, deşeurile radioactive rezultate din reactorul de la Măgurele sunt depozitate la Băiţa Bihor. Combustibilul periculos a fost de asemenea transportat în Rusia. Însă, state ca Germania, care au decis să renunţe în mare parte la energia nucleară, au mii de recipiente cu deşeuri nucleare care trebuie depozitate.

O revoluţie a preţurilor - accelerator vs. laser

O altă aplicaţie imediată ar fi în medicină. În prezent, spitalele cu mulţi bani cumpără acceleratoare pentru protonoterapie. Pe scurt, aceste maşini trimit un fascicul de protoni acceleraţi într-un ţesut, cu scopul de a distruge cu precizie o celulă bolnavă, fără a le afecat şi pe cele din jur. Astfel de acceleratoare au migrat de pe hârtie în practică, iar Siemens a construit astfel de aparate. Spitalul Universitar din Heidelberg, de exemplu, are un astfel de aparat, pentru simplul motiv că această unitate medicală din Germania şi-l permite. Costul aparatului este de 100 de milioane de dolari.

"Este un preţ pe care spitalele din multe state europene nu şi-l pot permite şi care nu va scădea semnificativ de-a lungul timpului. Gândiţi-vă: 100 de milioane de dolari pentru un singur spital. Ce să mai vorbim de România? În schimb, preţul aparatelor care folosesc laser scade foarte rapid. Un banal pointer costa zeci de mii de dolari în anii 60, acum e doi lei", spune Zamfir. Tot în medicină, laserul ar putea facilita producerea de radioizotopi de mare importanţă în medicină. Radioizotopii (produsele radiofarmaceutice) servesc, în medicină, la diagnosticarea şi tratarea neinvazivă a unor boli grave şi des întâlnite, precum cancerul sau bolile cardiovasculare. Moleculele biologice marcate cu radioizotopi medicali se numesc şi „marcatori” pentru că, administrate în cantităţi foarte mici, ne permit să urmărim anumite procese biologice.

Radioizotopi pentru uz medical

Cei mai comuni radioizotopi medicali sunt produşi în reactoare nucleare. În 2008, întreruperea neaşteptată a activităţii celor 3 reactoare europene care produc radioizotopi a dus, în UE, la o lipsă acută de radioizotopi pentru uz medical (Molibden-99/ Technetiu-99m). Situaţia este valabilă şi la nivel mondial, întrucât cel mai mare producător de Molibden-99, reactorul canadian National Research Universal (NRU), este închis pentru reparaţii din mai 2009. Aşadar, cererea ar putea fi extrem de mare, iar fasciclul gamma de la Măgurele ar putea fi furnizor de astfel de
radioizotopi..

Accelerarea prin laser de care vorbeam la început este obiectivul pe termen lung. Tot pe termen lung, proiectul ELI speră să oferă rezolvare la una dintre cele mai mari 11 mistere rămase neelucidate în fizica modernă: producerea de elemente grele, mai grele decât fierul, în Univers.

Ce este ELI-NP

Extreme Light Infrastructure (ELI) este un proiect derulat în trei state din UE: Cehia, Ungaria şi România.

În Cehia, se va implementata proiectul (pilonul) numit Beam Lines. "Vorbim de aplicaţii ale fasciculelor secundare", spune Nicolae Zamfir. Atunci când laserul interacţionează cu materia se produc şi raze X, de exemplu. Proiectul cehilor va avea aplicaţii în studiul materialelor şi în ştiinţelor vieţii.

În Ungaria, proiectul poartă numele de "Attosecond Facility". Cercetătorii maghiari vor dezvolta laserul cu scopul precis de a obţine şi a studia fascicule extrem de scurte. Mai exact, vorbim de fascicule a căror durată se măsoară în atosecunde. O atosecundă reprezintă o unitate de timp de un miliard de miliarde de ori mai mică decât secunda.

"Se observă dinamica până la nivelul celular, existând şansa de a face fotografii succesive în timpul acestui proces", spune profesorul Zamfir. Aplicaţiile imediate ale proiectului maghiar vor viza studiul materialelor şi medicina.

Proiectul din România poartă numele de ELI-NP. NP vine de la Nuclear Physics (Fizică Nucleară). Puternicul laser va acţiona asupra electronilor şi ionilor dintr-un material, aceste particule urmând să fie accelerate cu viteze apropiate de cea a luminii.

"Este pentru prima dată când laserii se folosesc pentru a accelera particule în scopul fizicii nucleare", spune Zamfir. "Ideea este ca, peste 20 de ani, laserii să reprezinte o alternativă la metodele de accelerare de particule existente. Gândiţi-vă la acceleratorul de la Geneva, care măsoară 27 de kilometri. Cu laserii am putea face aceeaşi activitate cu un dispozitiv instalat într-o clădire de câteva zeci de metri pătraţi", explică directorul IFIN-HH pentru REALITATEA.NET.

Faţă de Cehia şi Ungaria, unde studiile se vor face exclusiv pe lumină vizibilă, în România vom avea atât lumină vizibilă, cât şi lumină invizibilă. Mai exact, vorbim de razele gamma, care sunt unde electromagnetice de frecvențe foarte mari produse de interacțiuni între particule subatomice, cum ar fi la dezintegrările radioactive sau la ciocnirea și anihilarea unei perechi electron - pozitron. Pe baza acestor raze, au fost dezvoltate metode de diagnoză în diferite afecţiuni, una dintre cele mai interesante ajutând la diagnosticarea extinderii cancerului în organism. Totuşi, razele sunt atât de puternice încât pot scinda, "sparge" molecula de ADN, în cazul expunerii îndelungate.

Cum şi de ce a fost aleasă România

În primul rând, trebuie amintit că ELI este un proiect ce oferă o mare şansă cercetătorilor din statele membre UE din Europa Centrală şi de Est. Însă. institutul de la Măgurele prezenta numeroase avantaje în lupta pentru finanţare şi implementarea proiectului.

Primul laser pus la funcţiune la IFA (Institutul de Fizică Atomică - vechea denumirea a institutului) datează din 1962. Cu cinci ani înainte de acest eveniment, la Măgurele au fost puse în funcţiune primul reactor de cercetare şi primul ciclotron din România. Producţia de radioizotopi, unul dintre ţelurile ELI-NP, este o activitate pe care institutul o desfăşoară încă din 1974. În acelaşi an, institutul era dotat cu un accelerator în tandem şi un centru de procesare a deşeurilor radioactive.

În 2000, în colaborare cu alte două ţări europene a fost deschis la Măgurele un centru de iradiere cu scopuri multiple, proiectul fiind numit IRASM.

Cât de puternic este laserul

În urmă cu 7-8 ani, Uniunea Europeană a început să deruleze discuţiile pentru dezvoltarea unui laser de 1.000 de ori mai puternic decât ceea ce exista în acel moment. Astăzi, situaţia laserilor din lume nu s-a schimbat foarte mult. Se lucrează încă la nivelul terawaţilor (terawattul este o unitate cu o putere de un miliard de kilowaţi), în timp ce la Măgurele se doreşte construirea, în variantă finală, a unui laser de câteva sute de petawaţi. Un pettawat este egal cu 1.000 de terawaţi.

"S-a constatat că pasul spre câteva sute de petawaţi este prea mare. Aşa că s-a hotărât o dezvoltare în doi paşi", spune Zamfir. Aşa că, mai întâi, la Măgurele vor fi construiţi doi laseri de câteva zeci de petawaţi şi va fi studiată cea mai bună formă de sincronizare a lor. Apoi, vor fi sincronizaţi mai mulţi laseri, şi se vor obţine puteri de sute de petawaţi, obiectivul ELI-NP.

Date importante:

- cartea albă a proiectului a fost depusă în 2010

- proiectul a fost evaluat de Jaspers, instituţie cu rol de suport în vederea obţinerii finanţării europene

- Jaspers a dat OK proiectului, acesta calificându-se pentru finanţare de la BERD şi CE. Se întâmpla în vara lui 2011

- proiectul tehnic, finalizat în decembrie 2011

- începerea construcţiei, plănuită pentru toamna lui 2012

- finalizarea construcţiei, plănuită pentru toamna lui 2014

- prima etapă a infrastructurii de cercetare, în 2015

- operaţională în decembrie 2016

Finanţarea proiectului este de 293 de milioane de euro. 17% din această sumă vine de la bugetul de state, restul sunt bani europeni.