Zahlavi

HiLASE má nejlepší laser na světě. Bivoj se již podruhé stal rekordmanem

04. 02. 2021

Vědci z dolnobřežanského centra HiLASE, které spadá pod Fyzikální ústav AV ČR, se radují. Jejich laserový systém zvaný Bivoj nedávno překonal svůj vlastní rekord z roku 2016 a dosáhl energie 145 J, zlepšil se tak o čtyřicet procent. Ve své kategorii nemá sobě rovného a ve světě udává trend. Jak těžká byla cesta k prvenství a co siláka čeká teď?

Legenda praví, že muž zvaný Bivoj holýma rukama přemohl kance, který pustošil širou krajinu. Chytil ho za uši, přehodil si ho na záda a zmítající se zvíře donesl k nohám kněžny Libuše na Vyšehrad. Ať už se příběh odehrál, či patří jen do světa bájí, jméno Bivoj se stalo synonymem síly.  

Když vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR uvažovali, jak budou přezdívat komplexnímu laserovému systému, měřícímu tři krát osmnáct metrů a vládnoucímu velkou silou, padla volba zrovna na Bivoje. Jeho skutečné označení ovšem zní HiLASE 100 J – právě v dolnobřežanském centru HiLASE se stroj nachází a stovka předjímá předpokládanou energetickou hladinu jeho pulzů.


Laserový systém Bivoj na délku měří osmnáct metrů, do šířky zaujímá tři metry.

Už krátce po uvedení do provozu v roce 2016 se laserový systém, na jehož vývoji se podíleli britští vědci a inženýři z Central Laser Facility, přes stojoulovou laťku přehoupl a připsal si světové prvenství v kategorii vysokoenergetických (tedy více než jednojoulových) laserů se 105 J energie. Jenže i to už je minulostí – 26. ledna 2021 Bivoj dosáhl ještě vyšší příčky, konkrétně 146,5 J v maximu a ani jednou se při testování nedostal pod 145 J, čímž překonal svůj vlastní rekord z roku 2016. V dané třídě nikde na světě neexistuje lepší laserový systém.  

„Tento výsledek je na absolutní světové špičce a dokazuje, že laserové centrum HiLASE patří mezi světové lídry v oblasti laserových technologií. Zároveň si dovolím tvrdit, že v rámci vývoje pokročilých laserů, průmyslových a vědeckých aplikací laserů již nyní určujeme směr a trendy využití laserových technologií,“ komentuje úspěch Tomáš Mocek, vedoucí centra HiLASE.

Jako bourací kladivo
K čemu takřka stopadesátijoulovou energii přirovnat? Coby odrazový můstek poslouží pneumatické kladivo neboli sbíječka, která se používá při bourání zdí a jiných pevných povrchů. Zařízení v pravidelných intervalech – většinou desetkrát až stokrát za sekundu – vyvolává údery o síle okolo 30 J. Stejně tak i pulzní lasery dokážou „kopat“, ovšem u nich sílu nenese kovový hrot, ale světelný paprsek. Bivoj umí vysílat světelný pulz s frekvencí deset za sekundu, a jeho energie je téměř pětkrát větší než u sbíječky.


Martin Divoký (nahoře) s týmem vědců ze skupiny vysokoenergetických deskových laserů.

„To je hodnota, na kterou byl Bivoj ostatně konstruován,“ podotýká Martin Divoký z Fyzikálního ústavu AV ČR, který v HiLASE vede skupinu vysokoenergetických deskových laserů. „To, co nás brzdilo od atakování stopadesátijoulové energie, byly nevhodné optické prvky.“

Celý laserový systém se totiž skládá z několika propojených úseků, jež fungují jako zesilovače – na vstupu je celkem slabý světelný paprsek, ten je veden sérií čoček, zrcadel přes zesilovací zařízení a sílí až na finální hodnoty. A právě některá zrcadla intenzitu světla při experimentech zprvu nedokázala vydržet – po paprsku na nich zůstávaly tmavé skvrny. „Museli jsme proto nejdříve najít takového dodavatele optiky, který pro nás vyvine vhodné komponenty – nic odpovídajícího na trhu nebylo,“ říká Martin Divoký.

To je koneckonců jednou z praktických aplikací Bivoje – podílí se na určování mezí poškození optických prvků. A sám tedy inženýrům ukazoval, co pro svůj vlastní lepší výkon potřebuje. Výsledkem jeho sebezdokonalování bude asi o třicet procent větší efektivita práce – veškeré úkony teď Bivoj bude zvládat rychleji. A které to jsou?

Ve velkém zápřahu
Otestovat svůj produkt si do Dolních Břežan může přijít kdokoli, laser je k dispozici nejen pro vědecké zkoumání, z jeho schopností mohou těžit i firmy. „Zájem o to opravdu je – Bivoj je v provozu pět dní v týdnu, deset hodin denně. Vedle testování meze poškození se na něm zkoumá i ovlivnění materiálu rázovou vlnou, které lze v průmyslu využít například při laserovém vyklepávání povrchů technologií laser shock peening,“ zmiňuje fyzik.


Bivoj překonal vlastní rekord 26. ledna 2021, a to hodnotou 145 J.

Jakou ránu světelný svazek udělí třeba ocelové desce na výstupu ze zařízení, nezávisí jen na energii, jde také o nastavení zaostření paprsku. Běžně má rozměry 7,5 krát 7,5 centimetru – do této plochy se veškerá síla rozloží a výsledkem je jen jakési razítko v materiálu a velký zvukový efekt. Jakmile se ale paprsek „zafokusuje“, dokáže do oceli rychle vypálit díru. „Je to jako s tím bouracím kladivem – když bude mít ostrou špičku, pronikne do materiálu daleko snadněji,“ vysvětluje Martin Divoký.

V této oblasti má Bivoj podle vědce ještě rezervu. Dostat by se mohl asi na třikrát lepší intenzitu světelného svazku, čímž by se přiblížil ideálnímu difrakčnímu limitu, tedy nejmenší dosažitelné hodnotě. Toho by se dalo docílit zlepšením vlnoplochy pomocí nového deformovatelného zrcadla. Také spolu s kolegy chce zapracovat na vylepšení polarizace svazku, aby byl Bivoj vhodný i pro polarizačně citlivé experimenty.

A kam povedou kroky týmu po zdolání těchto met? „Zkušenosti, které jsme díky odstraňování problémů u tohoto laseru, nabyli, poskytneme zase dál. Kruh se uzavře, protože s naším know-how teď budou zase pracovat britští kolegové, kteří nám před pěti lety dodali Bivoje,“ říká šéf skupiny vysokoenergetických deskových laserů s tím, že než vědci z Velké Británie pokoří stávající rekord, bude se jím dle jeho odhadu alespoň dva tři roky moci pyšnit HiLASE.

Sami čeští vědci teď mají jiný plán: pořídí Bivojovi partnerku. Podle starých pověstí si přemožitel kance vzal na konci příběhu za ženu Libušinu sestru Kazi. A tuto přezdívku ponese další laserový systém, který sice nebude disponovat tak velkou silou, zato bude mít vyšší opakovací frekvenci. V dolnobřežanském areálu vyšle první paprsek zřejmě v roce 2023.

Další zajímavosti o laserovém centru HiLASE, průmyslových aplikacích nebo o tom, jak lasery mohou pomoci ve zdravotnictví, se dozvíte v aktuálním čísle časopisu A / Věda a výzkum, který vydává Akademie věd ČR.

Připravila: Jana Bečvářová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: archiv HiLASE