Cel mai mare proiect de cercetare din istoria României

La Măgurele, lângă Bucureşti, se construieşte infrastructura celui mai puternic laser din lume. Premiera absolută în ştiinţa mondială o constituie intersectarea unui fascicul laser cu un alt fascicul, care vine de la o sursă gamma. Cu laserii de mare putere vor putea fi anihilate tumori canceroase, fără efecte secundare, ca până acum, şi se vor putea transforma izotopii cu viaţă de milioane de ani în izotopi cu viaţă de ore sau zile, aceasta putând deveni o metodă reală de a scăpa de deşeurile radioactive. ELI va deveni CERN-ul fizicii laserilor pentru Europa.

Extreme Light Infrastructure - Nuclear Physics (ELI- NP), pilonul românesc al proiectului ELI, este cel mai mare proiect de investiţii în cercetare ştiinţifică din istoria României şi unul dintre cele mai mari din lume în momentul actual. ELI a fost lansat de Gérard Mourou în 2006, când a propus Comisiei Europene construcţia unui laser cu puteri de ordinul exawaţilor. Astfel, grupul lui Mourou, din care fac parte şi fizicieni români, a reuşit să impună proiectul ELI drept unul dintre cele peste 40 de megaproiecte ştiinţifice europene. „În cursul discuţiilor din faza preparatorie a proiectului s-a constatat că pasul este extraordinar de complicat, în primul rând din cauza faptului că nimeni nu are reţeta unui laser de 1.000 de ori mai puternic, că încă nu se ştie cum să se facă... Şi atunci au zis: hai să facem în trei locuri, astfel încât fiecare loc să meargă după reţeta proprie, şi la concluzii, vom vedea care este cea mai bună metodă. În România, Ungaria şi Cehia nu se construiesc practic trei lucruri diferite, ci trei lucruri ca metodă de abordare diferite. La final, vom trage o concluzie şi vom vedea care e cea mai bună metodă de a construi laseri de mare putere. Cele trei centre sunt complementare“, ne explică directorul acestui proiect şi directorul general al Institutului de Fizică şi Inginerie Nucleară „Horia Hulubei“ (IFIN-HH) din Bucureşti, prof. univ. dr. Nicolae Victor Zamfir.

Deşi în primă instanţă a fost vorba doar despre Republica Cehă şi Ungaria, care au beneficiat şi de un sprijin major din partea unor state apropiate geografic, România a reuşit să se impună prin faptul că s-a realizat că ELI are nevoie de un centru care să folosească tehnici şi metode nucleare în studiul interacţiei unui laser atât de puternic cu materia. Şi cum la IFIN-HH există expertiză la nivel mondial şi în domeniul laserilor şi în domeniul fizicii nucleare, la Măgurele se construieşte astăzi ELI-NP, o parte importantă din acest megaproiect. În sprijinul credibilităţii în faţa Comisiei Europene au venit atunci colegi fizicieni din întreaga lume. „Astfel, în septembrie 2012 am obţinut aprobarea Comisiei. În acelaşi timp, Guvernul a dat în iulie 2012 o hotărâre prin care îşi arată suportul financiar şi politic pentru construcţia unui astfel de centru, o hotărâre care a fost esenţială şi pentru derularea implementării, dar şi pentru aprobarea din partea Comisiei Europene, astfel încât în ianuarie 2013 am început implementarea“, continuă managerul de proiect.

Paşii în implementare

Prima etapă majoră în implementare este, fireşte, clădirea propriu-zisă care să adăpostească echipamentele şi experimentele. Construcţia care a început anul trecut, în mai, este extrem de complexă. Energia necesară viitorului centru, ce se va apropia de 10 megawaţi, va fi asigurată în cea mai mare parte de un sistem de peste 1.000 de pompe geotermale. Va fi probabil cea mai mare clădire din Europa alimentată cu energie din surse neconvenţionale. Din cauza vibraţiilor care se vor produce în timpul experimentelor, platforma de peste 2.500 m2, pe care se vor instala laserii, va fi decuplată complet de restul clădirii şi va fi protejată de câteva sute de amortizoare. În acest moment lucrările au trecut de jumătate, iar construcţia se va termina peste un an.

O a doua etapă importantă în implementare este construcţia laserilor de mare putere. „Am rămas singurii din cele trei centre care mergem la ţintă, mergem la puterea de 10 PW a laserului, restul, din cauza complexităţii, începând să mai reducă din putere. Şi-a luat angajamentul că va construi astfel de laseri o asociere formată din Thales Optronic din Franţa cu Thales System România. Primele componente vor fi livrate după ce este gata clădirea şi va începe apoi asamblarea lor, punerea la punct şi toate testele care vor dura până în 2018, când va trebui să fie operaţional“, completează Nicolae Victor Zamfir.

A treia etapă majoră în proiect este construcţia sistemului gamma de mare intensitate, de altfel doar la centrul din România. „Radiaţia gamma este o soră invizibilă a luminii. Este tot radiaţie electromagnetică, însă cercetătorii au zis că extrem light înseamnă şi extrem gamma radiation şi atunci, dacă în domeniul laserilor este de 10-20 de ori mai puternic, în domeniul gamma, unii parametri sunt chiar de un milion de ori mai performanţi decât orice instalaţie de acest gen din lume. Acest sistem va fi construit de Asociaţia Euro Gammaâs la care participă institute de cercetare şi companii din domeniu de înaltă tehnologie din opt ţări, practic întreaga expertiză europeană în acest domeniu“, ne dezvăluie directorul proiectului. Construcţia sursei gamma a început în urmă cu patru luni şi se va termina în 2018.

Ultima componentă a acestui proiect o constituie experimentele în sine. Sunt opt tipuri de experimente planificate la ELI-NP, fiecare din ele fiind practic o uzină, cu multă aparatură şi mii de dispozitive. Cercetătorii au început elaborarea părţii care le revine din Technical Design Report, astfel încât spre sfârşitul anului întreaga comunitate să îl aprobe în cadrul unor conferinţe europene. Apoi va fi trimis la evaluatori neutri, pentru o părere imparţială, fiind aprobat în final de un comitet ştiinţific internaţional. Astfel, la începutul lui 2016 se va trece la montarea experimentelor propriu-zise. „Partea aceasta de experimente este făcută de cercetătorii de la ELI-NP. Am plecat de la zero, am conceput centrul complet nou, şi din punctul de vedere al personalului, al cercetătorilor, deci nu se transferă automat cercetători de la institutele existente la ELI-NP, ci e o competiţie continuă. Va trebui să ajungem la peste 200 de angajaţi în 2018, iar acum avem aproape 30, români, dar şi cercetători străini, în cazul cărora e mai complicat procesul, din cauza birocraţiei“, mai spune directorul general al IFIN-HH.

Aplicaţiile laserului de mare putere şi ale sursei gamma

Finanţarea din Fondurile Structurale de Dezvoltare Regională se ridică la 280 de milioane de euro, iar acesta este cel mai mare proiect de cercetare ştiinţifică din istoria ţării noastre. „Premiera absolută în ştiinţa mondială cu care vine România este că până acum nu s-a mai făcut un experiment în care să se intersecteze un fascicul laser cu un fascicul care vine de la un accelerator de particule. Acest accelerator de particule este maşina gamma. Se va intersecta lumină cu lumină. Gamma înseamnă fotoni, care au caracteristici total diferite, dar înseamnă tot lumină. Practic, la Măgurele se vor folosi tehnicile de fizică nucleară - România e la clasă mondială - pentru a se studia radiaţia laser“, ne spune fizicianul Andrei Dorobanţu, care, cu bucuria-i caracteristică atunci când vorbeşte despre domeniul pe care îl cercetează de zeci de ani, ne-a descris aplicaţiile acestor experimente.

Acceleratorul de particule de la CERN (Organizaţia Europeană pentru Cercetare Nucleară) are 27 de kilometri circumferinţă, acceleratorul linear de la Stanford are 2 kilometri lungime. Să ne imaginăm doar o posibilitate a laserilor de mare putere! Dacă la Stanford energiile sunt atinse pe o distanţă de 2 kilometri, la Măgurele vor fi necesari doar 30 centimetri. Dar de ce este vital să se ajungă la acest tip de acceleratori?! „Pentru că prima lor aplicaţie este terapia anticancer. Asemenea acceleratori vor costa undeva la nivel de două milioane de euro. Orice spital mare sau mai puţin mare îşi va putea cumpăra propriul lui accelerator cu care să facă terapia anticancer cu particule. Aceasta este marea şansă de a înlocui o dată pentru totdeauna cele două tehnici folosite în momentul de faţă în tratarea cancerului, radioterapia şi chimioterapia, care au considerabile efecte secundare nocive. În momentul în care faci radioterapie, iradiezi, se ajunge la tumoră, se face treaba, dar pe parcurs se distrug ţesuturile adiacente, pe când cu acceleratorul de particule, vom avea, cum se spune pe româneşte, «punct ochit - punct lovit». Pe parcurs nimic nu va fi afectat“, ne explică cercetătorul Andrei Dorobanţu.

O a doua aplicaţie imensă a laserului de mare putere este diagnoza de material în timp real la reactoarele nucleare, de exemplu, datorită duratei foarte mici a pulsului. „Ca să fac inspecţie la un reactor trebuie să-l opresc, să-l decontaminez. Nu pot de fapt să văd dacă e o crăpătură în căptuşeala reactorului, căci atunci când intru, s-a răcit şi crapă şi se poate întâmpla altceva, pe când cu laserul pot să intru în timpul funcţionării şi să văd dacă este ceva“, precizează fizicianul. Şi mai este, de asemenea, şi cea mai mare problemă a omenirii, generată de civilizaţie, cea a deşeurilor radioactive. În acest caz putem vorbi de o a treia aplicaţie a laserului de mare putere, iarăşi o chestiune vitală pentru omenire, dar despre care nu se va putea vorbi realist decât după 50 de ani. „N-am ce face cu ele, trebuie să le depozitez, dar nu am unde; sunt deşeuri cu viaţă de milioane de ani. Ei, laserii de mare putere, permit ca prin iradierea deşeurilor radioactive, izotopii cu viaţă de milioane de ani, nu să fie anihilaţi, dar să fie transformaţi tot în izotopi radioactivi, cu viaţă însă de ore sau zile. Şi este într-adevăr singura metodă reală de a scăpa de deşeurile radioactive. Aceasta este ultima aplicaţie, dar nu este dincolo de visul lui Mourou“, continuă Andrei Dorobanţu.

Un alt pericol teribil cu care se confruntă omenirea este terorismul, de la cel digital până la cel real. „Forma cea mai gravă de terorism este să introduci sau să scoţi dintr-o ţară plutoniu sau să circuli prin lume cu materiale din care se construiesc bombe atomice sau bombe H sau alte arme nucleare. Razele X sau alte surse actuale de depistare nu pot pătrunde, de exemplu, dincolo de pereţi de plumb. Gamma însă poate pătrunde“, mai spune profesorul Dorobanţu.

Şi mai este o ultimă idee, de a produce noi izotopi radioactivi, mai exact radiofarmaceutice, care servesc la diagnosticarea sau la tratarea bolilor. Numai la ELI-NP s-ar putea produce unele care ori nu se pot produce în altă parte, ori, dacă se produc, se produc atât de ineficient, încât sunt extrem de scumpe, după cum ne mai spune prof. univ. dr. Nicolae Victor Zamfir.

CERN-ul fizicii laserilor pentru Europa

ELI-NP va fi poligon experimental pentru tot ce înseamnă fizica laserilor. Prin fizică, România aşteaptă în curând să devină ţară membru cu drepturi depline la CERN, în fizica particulelor, dar este „rege“ în fizica laserilor în acest moment şi este şi membru fondator al unui alt hiperinstitut european care se face la Darmstadt, FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), o maşină de studii de fizică nucleară. „CERN, ELI, FAIR - una peste alta, toate se duc înspre originea universului, înspre ce se întâmplă când universul avea câteva fracţiuni foarte mici de secundă. Şi vedeţi cum se încheie bucla!? Pentru că dacă ne întoarcem la Cartea Facerii, unde se spune că Dumnezeu a spus să fie lumină şi a văzut că lumina este bună, constatăm că ceea ce încercăm să realizăm cu puterile noastre foarte limitate, dar cu cinste profesională şi cu onestitate, este să arătăm că lumina este bună, indiferent de forma prin care o obţii“, mai spune fizicianul Andrei Dorobanţu.

La întrebarea dacă acest proiect ar putea aduce în ţara noastră Nobelul pierdut de Ştefan Procopiu pe nedrept în anul 1912, Nicolae Victor Zamfir ne-a răspuns: „Fenomenele fizice care apar la interacţia razelor laser şi gamma de mare intensitate şi de mare putere cu materia vor fi ceva atât de nou în ştiinţă, în laboratoare, încât orice fenomen nou poate să ducă la descoperiri epocale. Deci raportându-te la o regulă de bază în ştiinţă, e normal că te gândeşti că dacă e atât de nou şi efectele vor fi atât de neaşteptate, pot să vină nişte descoperiri care să folosească omenirii, să fie notabile. Şi asta înseamnă premiul Nobel“.

Bucuria împlinirii unei meniri

Institutele de cercetare europene vor putea face experimente la Măgurele

Ce ar aduce ţării ELI-NP