Nowa seria wydawnicza monografii naukowych, technicznych i dydaktycznych pt. Technika Akceleratorowa jest poświęcona wszystkim aspektom badania, projektowania, budowy, testów, wdrażania i eksploatacji bardzo złożonych elementów, podzespołów i urządzeń akceleratorów cząstek naładowanych, detektorów i źródeł cząstek, źródeł promieniowania synchrotronowego, aparatury dla eksperymentów fizyki wielkich energii.
Krótki, nieco symboliczny, tytuł serii wydawniczej „Technika Akceleratorowa” obejmuje coraz większą, obecnie będącą w fazie bardzo szybkiego rozwoju, dziedzinę badań naukowych i aplikacji technicznych. Monografie publikowane w tej serii, o objętości 100-150 stron, dotyczą, przedstawianych dogłębnie i wyczerpująco, ale maksymalnie skrótowo, wąskich obszarów tej dziedziny. Seria jest publikowana w językach polskim i angielskim. Autorami są wybitni, międzynarodowi specjaliści. Monografie są przeznaczone dla magistrantów i doktorantów oraz młodych pracowników nauki specjalizujących się w tej nowej dziedzinie nauki i techniki. Są one rodzajem ułatwiającego wprowadzenia dla dalszych własnych, szerszych i bardziej zaawansowanych studiów przedmiotu.
Urządzenia akceleratorowe, ich komponenty, konstrukcja, warunki i sposoby eksploatacji są unikalne pod każdym względem: czasowym – ponieważ od projektu do eksploatacji upływa nierzadko dekada; angażowanych zasobów – projekt i budowa akceleratorów wymaga ciągłego, aktywnego uczestnictwa setek wysoko wykwalifikowanych ekspertów; ponoszonych kosztów – wydatki na duży akcelerator przekraczają zwykle miliard złotych, mały kosztuje rzadko poniżej 100 milionów; technologicznym – stosowane są do budowy wyłącznie najnowsze rozwiązania badawcze metod oraz techniczne elementów i urządzeń. Międzynarodowa społeczność specjalistów techniki akceleratorowej grupuje w sposób unikalny wiedzę w dziedzinach fizyki, chemii, nauk technicznych jak inżynierii materiałowej, elektroniki, fotoniki, mechatroniki, nano-technologii i metrologii.
To co jest najbardziej istotne dla nas – fizyków i inżynierów pracujących jako badacze, konstruktorzy i nauczyciele na uczelniach, w resortowych jednostkach badawczo-rozwojowych, instytutach międzynarodowych, przemyśle wysokich technologii, a także uczących się jeszcze jako magistranci i doktoranci – to nowe pomysły i rozwiązania, pojawiające się nowe aplikacje, a także wielkie odkrycia, zdarzające się tak rzadko. Niektórzy z nas uczestniczą aktywnie w tych wspaniałych wysiłkach, o zasięgu globalnym, prowadzących do wielkich odkryć. Zauważamy wówczas jak szybko nowe idee są implementowane do przemysłu. Można wymienić kilka przykładów: akceleratory medyczne chroniące nasze zdrowie, nowe media komunikacyjne zwiększające wymiar przestrzeni społecznej, nowe systemy telemetryczne chroniące i zwiększające naszą wiedzę o środowisku naturalnym, bardziej efektywne źródła energii oszczędzające ograniczone zasoby naturalne, odpowiednie systemy obronne zapewniające nam bezpieczeństwo przeciwko terroryzmowi.
Przykładami takich wielkich projektów, które mogą zostać sportretowane w serii wydawniczej „Technologia Akceleratorowa” są: lasery na swobodnych elektronach, lasery wielkich energii i intensywności, akceleratory laserowe – inaczej odwrotne lasery na swobodnych elektronach, akceleratory kompaktowe, akceleratory plazmowe, wielkie interferometry grawitacyjne, wielki zderzacz hadronowy, kompaktowy solenoid mionowy, detektory Atlas i Alice, międzynarodowy zderzacz liniowy, akceleratory ciężkich jonów, tokamak ITER, matryce radioteleskopów i teleskopów, akceleratorowe źródła neutronów, eksperymenty satelitarne, astrofizyka cząstek, obserwatoria astronomiczne, teleskopy kosmiczne, eksperymenty neutrinowe, itp. Wszystkie z wymienionych eksperymentów są miejscami narodzin nowych, bardziej efektywnych technologii, z których czerpie korzyści całe społeczeństwo. Akronimy niektórych z tych projektów powszechnie używane przez środowisko naukowe są np.: FEL, XFEL, E-XFEL, FLASH, TESLA, LHC, CMS, ILC, CLIC, FAIR, ITER, ALMA, VLT, SNS, WMAP, LFA, CODALEMA, PAO, VLBI, KECK, LIGO, ALBA.
Wielkie eksperymenty fizyki i techniki o charakterze globalnym, takie gdzie wysiłek dosłownie całej społeczności jest kumulowany tylko w jednym miejscu, są zazwyczaj związane z dużymi instytucjami badawczymi i przemysłowymi o charakterze międzynarodowym jak: CERN w Genewie, DESY w Hamburgu, INFN w Rzymie, Mediolanie i Padwie, PSI w Willingen, CNRS/CEA/IN2P3 we Francji, Thomas Jefferson National Accelerator Facility – TJNAF w Newport News USA, ORNL w Oak Ridge, FNAL w Chicago, BNL w Upton, KEK w Tsukuba, Rutherford Appleton Laboratory - RAL w Oxfordshire, itp. Dodatkowo, niektóre uniwersytety, szczególnie w USA, posiadają wielkie kompleksy akceleratorowe, jak np. Cornell (LEPP, CESR), Stanford (SLAC), itp. W Polsce istnieje kilka laboratoriów prowadzących prace w dziedzinie techniki akceleratorowej. Zespół z Politechniki Wrocławskiej specjalizuje się w technice helu ultra-ciekłego. Politechnika Warszawska specjalizuje się w, odradzającej się w kraju energetyce jądrowej, systemach fotonicznych i elektronicznych dla akceleratorów i detektorów, Zespół z Politechniki Łódzkiej specjalizuje się w elektronice dla techniki akceleratorowej. Podobny zespół istnieje w AGH. Instytuty jądrowe: Instytut Problemów Jądrowych A. Sołtana oraz Instytut Energii Atomowej w Świerku, Instytut Fizyki Jądrowej H. Niewodniczańskiego w Krakowie, Instytut Fizyki PAN, Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Instytut Technik Radiacyjnych w Łodzi, Wojskowy Instytut Chemii i Radiometrii oraz Instytut Chemii i Techniki Jądrowej uczestniczą w badaniach nad różnymi aspektami technik akceleratorowych, radiacyjnych i detektorowych, także w zakresie fizyki dużych energii. W kraju planuje się kilka dużych projektów akceleratorowych jak: POLFEL w Świerku – polski laser na swobodnych elektronach, Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego w Krakowie, Centrum Terapii Hadronowej w Krakowie.
Autorzy monografii publikowanych w niniejszej serii wydawniczej wywodzą się głównie z wymienionych powyżej dużych instytucji badawczych.
Poszczególne tematy naukowe i techniczne, stanowiące przedmiot prac wymienionych programów, będą przedmiotem zainteresowania niniejszej serii wydawniczej, a w tym:
–W dziedzinie optyki i fotoniki – systemy optyczne wysokiej jakości, wielkie systemy optyczne, optyka adaptacyjna, pomiary i sterowanie wiązki laserowej dużej energii i dużej intensywności, utraszybka terabitowa optyczna transmisja danych, rozprowadzanie ultrastabilnego sygnału odniesienia w systemach akceleratorowych, rozproszone systemy telemetryczne, monitoring pozycji i jakości wiązki elektronowej, nowe systemy akceleratorowe plazmowe i laserowe, lasery petawatowe, laserowa generacja plazmy i promieniowania jonizującego, lasery na swobodnych elektronach;
–W dziedzinie techniki mikrofalowej – multi-megawatowe źródła promieniowania mikrofalowego, stabilne nadprzewodzące rezonansowe wnęki niobowe o wysokiej jakości dla akceleratorów zimnych typu SCRF TESLA (1,3GHz) i ciepłych typu CLIC (3 GHz, poprzednio 30GHz), wnęki nadprzewodzące bardzo wysokiego gradientu pola, mody wysokiego rzędu we wnękach akceleratorowych, akceleratory impulsowe i o fali ciągłej lub quasi-ciągłej;
–W dziedzinie technologii plazmy – nowe plazmowe metody akceleracji cząstek, zastosowania technologii plazmowych, miniaturyzacja akceleratorów, mikro-fuzja;
–W dziedzinie elektroniki – bardziej efektywne rozwiązania topologiczne systemów elektronicznych związane ze zmniejszeniem poboru mocy, większą mocą przetwarzania sygnałów, mniejszą zajmowaną przestrzenią, właściwością inteligentnej rekonfiguracji, poszukiwanie kontrolera optymalnego dla sekcji akceleratora, symulatory akceleratorów, mapowanie systemów złożonych w dużych dynamicznych i szybkich bazach danych; –W dziedzinie mechatroniki – zastosowanie systemów typu MEMS i MOEMS, systemy funkcjonalne w skali mikro i nano;
–W dziedzinie inżynierii materiałowej – nowe materiały dla krytycznych podzespołów w systemie, materiały nadprzewodzące, niskostratne materiały optyczne i mikrofalowe, materiały nieliniowe, technologie cienkich warstw, metody nakładania plazmowego;
–W dziedzinie techniki jądrowej – wysokotemperaturowe reaktory jądrowe, aspekty efektywności i bezpieczeństwa energetyki jądrowej, przyszłościowe źródła energii;
–W medycynie, biologii i przemyśle – zastosowania technik akceleratorowych, zastosowania promieniowania synchrotronowego, laserowego i technologii jądrowych.
Redaktor merytoryczny serii
Ryszard S. Romaniuk
Editorial Series on Accelerator Science
The new Editorial Series of short research and didactic monographs on “Accelerator Technology” or in Polish “Technika Akceleratorowa” is devoted to all aspects of the research, design, construction, testing, commissioning and exploitation of very complex components and apparatus for particle accelerators, detectors, energy and particle sources, astrophysics and high energy physics experiments. A short, symbolic, title of the editorial series “Accelerator Technology”, embraces a large and flourishing branch of scientific activity. The monographs to be published in the series will be around 100 pages, usually not exceeding 150, and will provide a very concise and in depth discussion of relevant, narrowly defined topics. The books will be published mainly in English, usually by international experts, but some of them also in Polish. They are mainly intended for students as well as young and new to the field engineers and physicists, as a fast start up for further and more advanced studies.
The accelerator facilities, their components, construction and exploitation are unique in nearly all aspects. The time it takes to realize a new facility, from the conceptual design to implementation, is usually more than a decade. While the resources required for such an endeavor include hundreds of people, with costs that can reach billions of Euro. Therefore, only cutting-edge technical solutions are used for such projects. The accelerator community integrates the expertise in physics, chemistry and engineering sciences, such as new materials research, electronics, photonics, mechatronics, nano-technologies and metrology.
What really counts for our community, physicists and engineers working as teachers at the Universities of Technology, National/International Research Laboratories, and Hi-tech industry, as well as students pursuing M.Sc. or Ph.D., is a constant flow of applicable research results, new solutions and ideas, emerging applications and great discoveries. Some of us participate actively in these magnificent endeavors, which have global input and impact. The application of these new technologies are rapidly implemented in a wide variety of industries. Some examples are: medical accelerators protecting our health, new communications media increasing the dimensions of the social space of the Internet, new telemetric systems protecting and increasing the knowledge of our environment, new more efficient energy sources protecting confined natural resources and relevant defense systems increasing our safety.
The examples of large experiments, which we intend to portray in this editorial series, are:
–Free Electron Lasers, –Large Hadron Colliders,
–Compact Muon Solenoid, –Detectors like ATLAS,
–International Linear Collider (ILC),
–Compact Linear Collider (CLIC),
–GSI Accelerator Facility,
–ITER,
–Atacama Large Millimeter Array (ALMA),
–Very Large Telescope,
–Spallation Neutron Source (SNS),
–Wilkinson Microwave Anisotropy Probe of Cosmic Microwave Background Radiation,
–Low Frequency Array (LOFAR),
–CODALEMA,
–Pierre Auger Observatory (PAO)
–And Rother relevant topice.
All of these research complexes are the eruptive birthplaces of new, more effective technologies, from which we all profit.
Usually, the abovementioned experiments and facilities are associated with large research institutions. For example – CERN in Geneva, DESY in Hamburg, INFN in Rome, Milano and Padova, PSI in Willingen, CNRS/CEA/IN2P3 in France, Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF) in Newport News, ORNL in Oak Ridge, FNAL in Chicago, Brookhaven National Laboratory (BNL) in Upton, KEK in Tsukuba, Rutherford Appleton Laboratory (RAL) in Oxfordshire, etc. In addition, several universities, especially in the USA, operate large accelerator complexes like Cornell (LEPP, CESR) and Stanford (LCLS), etc.
In this country, there are several laboratories active in the field. Wrocław University of Technology is focused on the cryogenic technology. Warsaw University of Technology (WUT) has expertise in nuclear power plants, accelerator and detector electronics and photonics systems. ŁódźUniversity of Technology contributes worldwide to R&D programs on accelerator electronics. Institute of Experimental Physics at Warsaw University, Sołtan Institute for Nuclear Studies in Świerk, Niewodniczański Institute of Nuclear Physics in Kraków, Institute of Physics of PolishAcademy of Science, Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion participate in the experiments and accelerator and detector projects for high energy physics. There are currently two planned projects in Poland: the coherent light source POLFEL in Swierk [www.polfel.pl] and National Center of Synchrotron Radiation in Kraków – NCPS [synchrotron.pl], which will benefit directly from these monographs.
The research in accelerator technology involves adequate means, including the proper financing, which demands the community to be formally organized. One of the forms of self-organization is topical Collaborations like: TTC – Tesla Technology Collaboration, CLIC – Collaboration, CMS Collaboration, EUROFEL Collaboration, Pierre Auger Collaboration, and many, many others. Very efficient methods of financing big projects are European Framework Programs (FP). The sixth edition of the European FP hosted the Coordinated Accelerator Research in Europe (CARE) that began in 2004 and runs through 2008 under the chairmanship of Dr Roy Aleksan of CEA. Several books from this editorial series are a direct consequence of the realization of CARE Program. Other relevant programs are FLASH and XFEL.
