A nagy intenzitású lézer–anyag kölcsönhatások során, amelyekhez a lézeres részecskegyorsítás is tartozik, a fizikusok alapvetően a lehető legnagyobb fókuszált lézeres csúcsteljesítménnyel akarnak dolgozni – ezen a felületegységre eső energiának és az impulzus időtartamának a hányadosát értjük. Tehát azonos impulzusenergia és fókuszálás esetén az impulzusidő rövidítésével érhető el a legnagyobb csúcsintenzitás.
A Szegedi Tudományegyetemen működő Nemzeti Lézeres Transzmutációs Laboratóriumot (SZTE NLTL) vezető Osvay Károly – aki 2025. szeptember elseje óta az ELI ERIC tudományos főmunkatársa (senior scientist) is – elmondta: régóta tudott, hogy a lézerimpulzusban az úgynevezett spektrális fázis változtatásával elérhető, hogy az impulzust alkotó komponensek adott időbeli sorrendben érjenek a céltárgyra. Ezzel végső soron az impulzus időbeli alakja befolyásolható.
„Megnéztük, mi történik, ha változtatjuk a frekvenciakomponensek egymáshoz viszonyított idejét. Azt igazoltuk, hogy a komponensek sorrendje befolyásolja, hogy milyen részecskét tudunk leginkább gyorsítani, és azt is, hogy milyen mértékben. Deuterizált szilárdtest fólia esetén például a gyorsított protonok és deuteron-ionok arányát tudjuk változtatni, ahogy azt is, milyen mértékben – és irányban – gyorsulnak a részecskék. Mindezt alapvetően a lézerimpulzus komplex időbeli alakja befolyásolja” – ismertette a Communications Physics-ben megjelent eredményt Osvay Károly. Az ELI kutatási profiljába szervesen illeszkedő munkához az SZTE NLTL által tervezett, épített és működtetett, az ELI ALPS lézerein alapuló LEIA nyalábvonalat használták. A kísérleti eredmények alátámasztásául szolgáló szimulációt Lécz Zsolt, az ELI ALPS tudományos munkatársa végezte.
„A SYLOS-csoport tapasztaltabb kutatóival együttműködve különböző időbeli alakkal rendelkező impulzusokat hoztunk létre, majd megvizsgáltuk, hogy mi történik az adott céltárgynál – esetünkben vékony, átlátszó fóliánál, illetve hasonlóképpen vékony folyadékhártyánál” – avatott a részletekbe Osvay Károly. A cél a lézerrel gyorsított ionok bizonyos tulajdonságainak optimalizálása volt. A legnagyobb kinetikus energiájú protonokon túl azt is vizsgálták, hogy mekkora az összes gyorsított részecske energiája. Bebizonyították, hogy minden céltárgyhoz nagy valószínűséggel tartozik olyan időbeli impulzusalak, amikor a legnagyobb kinetikus energiájú részecskék keletkeznek, illetve amikor azok teljes energiája – azaz a gyorsítás hatásfoka – a legnagyobb. A szegedi kutatók kísérlete azt mutatja, hogy a legnagyobb csúcsteljesítmény eléréséhez nem a legrövidebb, hanem egy megfelelő időbeli alakkal rendelkező lézerimpulzusra van szükség. A kettőnek más az optikai, lézertechnológiai feltétele.
A kísérleti eredmények nyomán Osvay Károly a Vilniusi Egyetemmel, litván lézeres cégekkel, valamint az ELI ERIC-kel közösen benyújtott uniós K+F forrás támogatásával olyan lézerfejlesztést céloz meg, amely az adott töltött részecske gyorsítására (elektron, proton, deuteron, stb.) és céltárgyra (folyadék, gáz, hártya) optimalizált.
„Mi olyan lézert fejlesztenénk, ami a lehető legnagyobb hatásfokkal gyorsít töltött részecskéket. Ezzel az orvosi, a mikroelektronikai, illetve az energiaipar számára lehetne költséghatékony lézeres megoldásokat ajánlani, akár ipari szinten” – magyarázta Osvay Károly, aki szerint ezen kutatási eredménynek köszönhetően a LEIA nyalábvonalon (illetve a csehországi Dolní Břežanyban működő ELI Beamlines és a romániai Măgurelében található ELI Nuclear Physics hasonló nyalábvonalain) maximalizálható az ionok energiája. Ebből az optimalizációból a LEIA nyalábvonalat igénylő felhasználók a megnövelt neutronhozamon keresztül is profitálhatnak.
A LEIA nyalábvonal, amely üzemeltetéséből az ELI a jövőben részt vállal majd, elkészülte óta az ELI felhasználók számára ajánlott portfóliójának a része. A legutóbbi felhasználói felhívás során 2025. október 29-ig vártuk a kutatók jelentkezését a világ bármely pontjáról a szegedi, a Dolní Břežany-i és măgurelei kutatóintézetek berendezéseinek használatára. A felhívásra 30 országból benyújtott 170 pályázathoz összesen 680 tudós csatlakozott vezető és társkutatóként. Ez a szám egyértelműen bizonyítja az ELI létesítményeiben végzett kutatási témák bővülését.