Formare avansată în cercetarea fotonicii nucleare (Advanced Research Training in Nuclear Photonics), 01.10.2023 – 31.12.2025
(Apel: 5.9/5.9.1/ELI-RO Proiecte colaborative cu Germania la ELI-NP)

Obiectiv

Proiectul Advanced Research Training in Nuclear Photonics (ARNPhot), desfășurat în perioada 2023–2025, a avut ca obiectiv principal formarea avansată a doctoranzilor și consolidarea cercetării interdisciplinare în domeniul fotonicii nucleare, la interfața dintre fizica laserelor ultra-intense, interacțiunea laser–plasmă și fizica nucleară. Proiectul a fost implementat printr-o colaborare între POLITEHNICA București, IFIN-HH / ELI-NP și Universitatea Tehnică din Darmstadt, valorificând pe deplin infrastructura unică de cercetare a ELI-NP.

Gradul de noutate al proiectului se reflectă în:

  • integrarea laserelor ultra-intense în studiile de fizică nucleară;
  • utilizarea țintelor nanostructurate și a tehnicilor avansate de diagnostic laser;
  • combinarea cercetării experimentale cu simulări numerice de înaltă fidelitate;
  • formarea doctoranzilor într-un mediu interdisciplinar, conectat direct la o infrastructură de cercetare de nivel mondial (ELI-NP).

Aceste elemente plasează ARNPhot dincolo de stadiul actual al cercetării convenționale în fizica nucleară și interacția laser–plasmă.

 

Impactul preconizat asupra comunității științifice

 

Impactul proiectului este semnificativ la multiple niveluri:

  • formarea unei noi generații de cercetători cu competențe avansate și interdisciplinare;
  • creșterea vizibilității internaționale a cercetării românești în fotonica nucleară;
  • consolidarea colaborărilor internaționale cu instituții de prestigiu;
  • contribuții directe la dezvoltarea experimentelor viitoare la ELI-NP;
  • crearea unei baze solide pentru publicații științifice de impact ridicat și pentru proiecte de cercetare ulterioare.

Activităţi

Activitățile proiectului au fost structurate în etape succesive (01.10.2023 – 31.12.2023, 01.01.2024 – 31.12.2024, 01.01.2025 – 31.12.2025) și au inclus:

  • Managementul proiectului și coordonarea științifică, asigurând implementarea în conformitate cu planul de lucru și cerințele contractuale;
  • Programe individuale de cercetare doctorală, adaptate principalelor domenii tematice ale fotonicii nucleare;
  • Programe avansate de formare, incluzând Săptămâni de cursuri (Lecture Weeks), cursuri specializate, seminare și școli de vară;
  • Mobilități internaționale de cercetare și stagii, la TU Darmstadt, S-DALINAC, HIγS (SUA) și alte facilități de cercetare de referință;
  • Participarea la experimente internaționale, conferințe și workshopuri, facilitând integrarea doctoranzilor în comunitatea științifică internațională.

Rezultate

Pe parcursul proiectului, doctoranzii și coordonatorii lor au obținut rezultate relevante în mai multe direcții de cercetare:

  1. Fizica laserelor ultra-intense și diagnostic avansat. Au fost dezvoltate și aplicate metode moderne pentru caracterizarea spațio-temporală a impulsurilor laser de mare putere, optimizarea comprimării impulsurilor și compensarea instabilităților temporale. Aceste studii au contribuit la îmbunătățirea performanțelor sistemelor laser ELI-NP și la pregătirea experimentelor de intensitate ridicată.
  2. Interacțiunea laser–plasmă și surse de particule și fotoni. Activitățile de cercetare s-au concentrat pe accelerarea ionilor și generarea de fotoni de energie înaltă prin interacția laserelor de clasă PW cu ținte solide și structurate. Au fost realizate simulări PIC extinse 2D și 3D, împreună cu studii privind eficiența țintelor nanostructurate și cu densitate apropiată de cea critică, precum și investigații asupra focalizării și manipulării fasciculelor de protoni accelerați cu laser.
  3. Ținte avansate și materiale nanostructurate. Au fost fabricate și caracterizate nanostructuri metalice (nanofire, nanotuburi) cu scopul optimizării interacției laser–materie. Aceste rezultate au demonstrat potențialul țintelor structurate de a crește randamentul surselor de particule și radiații generate cu laser.
  4. Fizică nucleară și Fluorescență Nucleară de Rezonanță (NRF). Proiectul a inclus studii experimentale NRF, printre care prima investigație NRF a nucleului ¹⁰⁶Pd, precum și experimente de fotodezintegrere (de exemplu, pe ⁷Li). Aceste activități au furnizat date valoroase pentru modelele de structură nucleară și pentru aplicații în astrofizica nucleară.

Prezentări

  1. A. Ur, Extreme Light Infrastructure -Nuclear Physics: Overview and Perspectives, International Symposium on the Celebration of 10 Years with ELI-NP – 10 PW on Target, Magurele, 24-25 October 2023
  2. A. Ur, Extreme Light at ELI-NP, Vocile Progresului – AFIST, Magurele, 22 November 2023
  3. Balabanski, Waiting for gamma beams @ ELI-NP: What do we expect to learn in gamma-beam experiments related to nuclear astrophysics?, International Symposium on Nuclear Astrophysics (ISNA – 2023), Manipal, India, Oct. 30th – Nov. 3rd, 2023
  4. Balabanski, What can we learn from gamma-beam experiments, Seminar at TIFR, Mumbai, India, Nov. 7, 2023
  5. Balabanski, What can we learn from next generation gamma-beam experiments, Seminar at ITT Ropar, India, Nov. 13, 2023
  6. Popescu, V.A.; Popa, S.; Grimm, S.J.; Naziru, A.; Matei, D.G.; Dumitru, A.; Kuschel, S.; Ursescu, D. Evolution of Liquid Pellicles Under Ultra-Short Laser Irradiation for High-Repetition-Rate Applications. Poster, Direct Drive and Fast Ignition Workshop 2025, 19–22 May 2025.
  7. Popa, S.; Alexe, C.; Matei, D.; Chagovets, T.; Gamaiunova, N.; Tryus, M.; Giuffrida, L.; Margarone, D.; Stan, C.; Ursescu, D. In situ liquid target characterization for high repetition rate high-power laser experiments. Presentation, Direct Drive and Fast Ignition Workshop 2025, 19–22 May 2025.
  8. Dreghici, D.B.; Horny, V.; Tomassini, P.; Doria, D. Near-Critical Density Targets Efficiency in Laser-Driven Photon Production. Presentation, Carpathian Summer School of Physics 2025, 22 June–3 July 2025.
  9. Nedelcu, C.V.; Xu, Y.; Balabanski, D.L. Effective energy window of the nuclear level density for the astrophysical reaction rate. Poster, XVIII International Symposium on Nuclei in the Cosmos 2025, 16–20 June 2025.
  10. Corobean, B.; Horný, V.; Tomassini, P.; Doria, D. Quasi-monochromatic carbon ion beams with the “peeler” acceleration scheme. Presentation, 5th Smilei User & Training Workshop 2025, 19–21 March 2025.
  11. Corobean, B.; Horný, V.; Pukhov, A.; d’Humières, E.; Doria, D.; Tomassini, P. Effects of laser pointing fluctuations on quasi-monochromatic carbon ion acceleration with the “peeler” scheme. Presentation, SPIE Optics+Optoelectronics 2025, 7–10 April 2025.
  12. Corobean, B.; Horný, V.; Pukhov, A.; d’Humières, E.; Doria, D.; Ur, C.A.; Tomassini, P. Quasi-monochromatic carbon ion beams using the “peeler” acceleration scheme. Presentation, EPS Conference on Plasma Physics 2025, 7–11 July 2025.
  13. Nedelcu, C.V.; Xu, Y.; Balabanski, D.L. Sensitivity of astrophysical reaction rate to nuclear level density across different energy intervals. Presentation, Young Researchers and Young Engineers Days, 25–26 Feb 2025.
  14. Ionescu, S.; Ong, J.F.; Magureanu, A.; Neagu, L.; Nastasa, V.; Ghita, D.; Gheorghiu, C.; Tudor, L.; Popa, D.; Popescu, V.; Lupu, A.M.; Naum, D.; Doria, D.; Cernaianu, M.; Ticos, C.; Leca, V.; Tanaka, K.A. Irradiation with ultra-intense lasers of nanostructured targets for proton acceleration and X-ray emission. Poster, ELI User Meeting 2025, 18–20 June 2025.
  15. Ionescu, S. Tailoring nanostructured targets for enhanced high power laser-solid interaction. Presentation, IRTG Days 2025, 22–23 May 2025.
  16. Sebe, T. Nuclear Resonance Fluorescence on 106Pd. Presentation, IRTG Days 2025, 22–23 May 2025.
  17. Alexe, C. Metrology of Spatio-Temporal Couplings (STC) in Ultra-Intense Laser Pulses for Particle Acceleration. Presentation, IRTG Days 2025, 22–23 May 2025.
  18. Ursescu, D. Operational Performance and Experimental Advancements at the ELI-NP 10 PW Laser Facility for Nuclear Photonics Applications. Presentation, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  19. Kuncser, I. The study of the 3H(α,γ)7Li reaction through the inverse 7Li(γ,α)3H reaction. Presentation, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  20. Nalbaru, L.-A. Conical coil focusing of laser-plasma accelerated proton beams for biomedical applications. Presentation, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  21. Nedelcu, C. Characteristic energy interval of nuclear level density in astrophysical nucleon-capture reactions. Presentation, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  22. Dumitru, A. Control of spatio-temporal correlations for experiments with synchronized laser pulses. Presentation, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  23. Popa, S. Liquid sheet assisted temporal reconstruction of chirped picosecond pulses using PM-FROG. Poster, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  24. Alexe, C. Metrology of Spatio-Temporal Couplings (STC) in Ultra-Intense Laser Pulses for Particle Acceleration. Poster, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  25. Balabanski, D. Nuclear Resonance Fluorescence on 106 Pd. Poster, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  26. Okukura, A.-H. Post-compression of ultrashort high intensity pulses using Self Phase Modulation. Poster, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  27. Popescu, V.A. Recovery-Time Determination of Liquid-Leaf Targets under Ultra-Short Laser Irradiation for High-Repetition-Rate Applications. Poster, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  28. Ionescu, S.-C. Tailoring nanostructured targets for enhanced high-power laser-solid interaction. Poster, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.
  29. Corobean, B. Ultra-high brightness photon beams from laser interaction with structured solid targets. Poster, The 5th Nuclear Photonics Conference, TU Darmstadt, 6–10 Oct 2025.

Articole publicate

  1. Nistor, A. D. Dumitru, C. Derycke, O. Chalus, D. Ursescu, C. Ticoş, Assessing Optical Damage Risks by Simulating the Amplification of Back-Reflection in a Multi-Petawatt Laser system, High Power Laser Science and Engineering, 2025. https://doi.org/10.1017/hpl.2025.10049 (Open Access)
  2. Popa, A. Nazîru, A.-M. Lupu, D. Gh. Matei, A. Dumitru, C. Alexe, I. Dăncuș, C. A. Stan, D. Ursescu, High-Repetition-Rate Targets for Plasma Mirror FROG on Chirped Picosecond Pulses, Photonics (MDPI), Vol. 12, Nr. 6, Art. 533, 2025. https://doi.org/10.3390/photonics12060533 (Open Access)
  3. B. Nazîru, Ș. Popa, A.-M. Lupu, D. Gh. Matei, A. Dumitru, D. Nistor, A. Toma, L. Văsescu, I. Dăncuș, C. A. Stan, D. Ursescu, Drift-free, 11 fs pulse delay stability in dual-arm PW-class laser systems, High Power Laser Science and Engineering, Vol. 12, 2024. https://doi.org/10.1017/hpl.2024.54 (Open Access)
  4. V. Nedelcu, Y. Xu, D. L. Balabanski, Influence of nuclear level density and gamma strength function on neutron capture reaction rate, U.P.B. Sci. Bull. Series A, Vol. 87, Iss. 1, 2025 (Open Access)
  5. Corobean, V. Horný, A. Pukhov, E. d’Humières, D. Doria, P. Tomassini, Effects of laser pointing fluctuations on carbon ion acceleration with the peeler scheme, Proceedings of SPIE, 13535, 2025. https://doi.org/10.1117/12.3056242
  6. Boller, J. Hornung, A. Dumitru, C. Kanstein, E. Oezalp, J. B. Ohland, L. Wegert, V. Bagnoud, Prepulse-Induced Changes in Ion Acceleration Direction: Insights from TNSA Regime Experiments and Simulations at PHELIX, AIP Physics of Plasmas, Vol. 32, 2025. https://doi.org/10.1063/5.0278103 (Open Access)
  7. Lelasseux, D. Testov, S. Aogaki, D. L. Balabanski, A. Dhal, O. Morris, P. Parlea, T. Sebe, G. Turturica, Implementation of add-back procedure on ELIADE clover detector at the crystal level, Physica Scripta, Vol. 100, 2025. https://doi.org/10.1088/1402-4896/adf477 (Open Access)
  8. Nalbaru, C. Ticoş, M. Arnold, Conical Coil Focusing of Laser-Plasma Accelerated Proton Beams for Applications, Physical Review Accelerators and Beams, vol. 28, 2025, https://doi.org/10.1103/656n-827p (Open Access)
  9. Nalbaru, C. Ticoş, M. Arnold, Simulating the Focusing of Laser-Plasma Accelerated Proton Beams for Applications, 51st EPS Proceedings, 2025. https://lac913.epfl.ch/epsppd3/2025/html/P4_149.pdf
  10. Gh. Matei, D. Ursescu, Laser power stabilization using a double prism attenuator, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 385, 116273, 2025. https://doi.org/10.1016/j.sna.2025.116273
  11. Iancu, A.-M. Talpoşi, C. Gheorghiu, R. Ungureanu, I. Dăncuş, D. Gh. Matei, D. Ursescu, Quality assessment for large-aperture optical elements inducing phase jumps, High Power Laser Science and Engineering, 2024. https://doi.org/10.1017/hpl.2024.59 (Open Access)
  12. Corobean, V. Horný, A. Pukhov, E. d’Humières, D. Doria, C. A. Ur, P. Tomassini, Laser-plasma acceleration of quasi-monoenergetic carbon ion beams with the “peeler” scheme, Matter and Radiation at Extremes, 2025. https://doi.org/10.1063/5.0273104 (Open Access)
  13. Corobean, V. Horný, A. Pukhov, E. d’Humières, D. Doria, C. A. Ur, P. Tomassini, Quasi-monochromatic carbon ion beams using the “peeler” acceleration scheme, 51st EPS Proceedings, 2025. https://lac913.epfl.ch/epsppd3/2025/html/PDF/O_158.pdf
  14. J. G. Borge, K. A. Tanaka, C. A. Ur, A. Zilges, Nuclear photonics: overview and perspectives, Eur. Phys. J. A 61, 27 (2025). https://doi.org/10.1140/epja/s10050-025-01488-7 (Open Access)
  15. Wang, J. B. Ohland, Y. Chang, V. Pandit, S. Bock, A. Okukura, U. Eisenbarth, A. Irman, M. Bussmann, U. Schramm, J. Kelling, Patch-MLP-Based Predictive Control: Simulation of Upstream Pointing Stabilization for PHELIX Laser System, Machine Learning: Science and Technology (IOP), 2025, under revision
  16. C. Ionescu, C. C. Gheorghiu, V. Lupu, M.-I. Zai, A. Magureanu, D. B. Draghici, A. McCay, D. Molloy, H. Ahmed, M. Borghesi, D. Popa, M. O. Cernaianu, D. Doria, K. A. Tanaka, V. Leca, Highly ordered vertical nickel nanotubes and nanowires on thin substrate for high power lasers experiments, Discover Nano, 2025, under revision (Open Access)
  17. Kuncser, C. Matei, T. Petruse, Target thickness and uniformity measurements using double sided silicon strip detectors, UPB Sci. Bull. Series A, 2025, accepted
  18. A. Ur, D. Balabanski, M. Cernaianu, D. Doria, P. Ghenuche, A. Kusoglu, N. Safca, P.-A. Soderstrom, D. Stutman, Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics: First results, Eur. Phys. J. A 61, 248 (2025). https://doi.org/10.1140/epja/s10050-025-01713-3 (Open Access)

Contact

Călin Alexandru UR, Director proiect

calin.ur@eli-np.ro

united-kingdom