D3 kurzus: Nagy intenzitású terek kölcsönhatása atomokkal, molekulákkal és szilárdtestekkel

A kurzus tárgya a lézerekkel létrehozható plazmák vizsgálata, azaz az impulzusok rövidítésénél fontosabb számunkra az intenzitás növelése. Azt, hogy a rubinlézer impulzusát fókuszálva plazmát lehet kelteni, Maker, Terhune és Savage 1963-ban demonstrálta. A lézerteljesítmény növelésének egyik legfőbb meghajtó ereje az elmúlt 5 évtizedben a lézeres termonukleáris fúzió, a mikrorobbantással energiatermelésre létrehozható miniatür hidrogénbomba volt. Az ötletet egyfelől az orosz Bászovnak és Krokhinnak tulajdonítják, de az utóbbi években kiderült,  a lézeres fúzió ötlete már a lézer felfedezése előtt felmerült, az ötletgazda (természetesen) Teller Ede, majd John Nuckolls volt.

A fúziós kutatások mellett, az akkori legnagyobb (fúziós) lézerrel demonstrálták először 1985-ben a röntgenlézert (Matthews, Hagelstein és munkatársaik), ami azóta már nagyságrendekkel kisebb lézerekkel is megvalósítható. A fúziót célzó magas hőmérsékletű mikrorobbantások magukkal hozzák azt az elvárást, hogy a Napot és csillagokat lehozzuk a Földre (Sigel és munkatársai 1985) magas hőmérsékletű feketetest sugárzás létrehozásával. A laboratóriumi asztrofizika kezdetét 1992-re tehetjük, amikor Springer és daSilva a csillagok belsejében fontos szerepet játszó magas hőmérsékletű vas spektrális tulajdonságait határozták meg. Láthatóan nagy a fúziós kutatások alapkutatásra gyakorolt hatása, de ez fordítva is igaz. Az ultrarövid lézerimpulzusokkal elektronok gyorsíthatók fel nagy energiára. A gyors elektronok megfelelő sebesség és intenzitás esetén beindíthatják a fúziós reakciót. A gyors begyújtásnak Tabak által 1994-ben javasolt módszerével remélhető, hogy a fúziós reaktorhoz a korábbi elvárásnál lényegesen kisebb összes lézerenergiára lesz szükség. De számos, a fúzióhoz nem közvetlenül kapcsolódó alapkutatási eredmény is van. Az ionok is nagy energiára gyorsíthatók fel, talán a lézerek lesznek a jövő új részecskegyorsítói. Ütközések során lézerplazmában pozitronok keltéséről is beszámoltak már. Az új tartományok meghódítását célozza az ultrarövid impulzusokat létrehozó ELI lézer, ami a következő évtizedben épül meg, és aminek egyik színhelye Magyarország lesz.

Elsősorban az ELI-ALPS-hoz kapcsolódó doktori ösztöndíjasok és posztdokok számára, de mindazok a fizikus szakos hallgatók érdeklődésére számot tart, akik a 3. pontban leírt alapismeretek birtokában vannak.

Szükségesek az elektrodinamikai, hidrodinamikai és atomfizikai alapismeretek.

A lézerplazmák fizikájának alapjai, ezen  belül a sugárzási alapfogalmak és sugárzási transzport, a plazmát létrehozó ionizációs folyamatok, a hidrodinamika, a plazmafizika alapjai atomfizika (állapotegyenletek, opacitás, ionizációs állapotok) és az elektromágneses hullámok terjedése plazmában. Részletesen tárgyaljuk a lézerplazma abszorpciós folyamatait.  Az alkalmazások közül   a lézeres termonukleáris fúzió,   relativisztikus kölcsönhatások,  a lézeres részecskegyorsítás, a magas  harmonikusok keltése van kifejtve.

Az összetett lézerplazma folyamatok alapjainak megértése és részletes kifejtése mellett néhány terület részletes tárgyalása, mintegy kedvcsinálóként. Kiemeljük az ALI-ALPS-ban is megjelenő alkalmazásokat.

Plazmafizikai és lézerplazma alapfogalmak ismerete. Főbb összefüggések levezetése. Alkalmazások. Kiemelten fontos (az ELI-ALPS miatt)  a plazmaharmonikus keltési folyamatok ismerete.