Как зажигалась плазма: история лазерного термоядерного синтеза

17 сентября 2020 г.

Возможность осуществления термоядерного синтеза с помощью лазеров первыми рассмотрели в своих работах Н.Г. Басов и А.Д. Сахаров. В начале 1960‑х годов академик Сахаров предложил зажечь термоядерную реакцию в изотопах водорода с помощью симметричного облучения мощным лазером полой сферы, заполненной дейтерий‑тритиевым газом. Созданием лазеров с максимально достижимой энергией занимался Басов. Саровские учёные, в свою очередь, предложили накачивать лазеры светом сильной ударной волны, создаваемой в инертном газе взрывом.

Для выполнения поставленных задач во ВНИИЭФ было создано отделение под номером 13. Сейчас это Институт лазерно‑физических исследований ВНИИЭФ. Самое первое совещание, на котором обсуждалась возможность применения лазеров в экспериментах ВНИИЭФ, провёл Ю.Б. Харитон 13 марта 1963 года.

axNS9Q_Qpe8.jpg57cNQatggjU.jpgcHtJ8GMxlbw.jpg

В 1988 году во ВНИИЭФ на базе самого мощного в Европе и Азии 12‑канального лазера создан лазерный исследовательский комплекс «Искра‑5». «Искра‑5» — крупнейшая в Европе лазерная система с выходной энергией 30 кДж при длительности импульса 0,25 нс. Главным направлением исследований является лазерный термоядерный синтез. Планомерные эксперименты на установке «Искра‑5» ведутся с 1989 года. Работы по изучению инерциального термоядерного синтеза с целью создания новой энергетики продолжаются. На основе опыта работы установки «Искра‑5» Росатом строит сегодня в Сарове современную, более компактную и мощную установку.

«Искра‑5» — двенадцатиканальная лазерная система, расположенная на четырёх этажах специально спроектированного здания каркасной конструкции, имеющего форму креста. Сооружение обеспечивает достаточную стабильность оптических элементов и точность попадания лазерного луча в мишень на уровне 30 микрон. При строительстве была возведена мощная бетонная подушка. В центре здания установлена камера с двенадцатью зеркально‑линзовыми объективами системы фокусировки излучения на мишень. На плоскостях всех четырёх этажей размещены двенадцать одинаковых лазерных каналов, каждый из которых состоит из пяти идентичных усилительных каскадов с коэффициентом усиления 100, разделённых пространственными фильтрами и жидкостными оптическими затворами.
Излучение лазера, расположенного на первом этаже здания, расщепляется с помощью системы деления на равные пучки и подаётся по этажам здания на все усилительные каналы. Из последних усилителей длиной 8 метров вырываются лучи диаметром 70 сантиметров, которые фокусируются объективами на поверхности мишени в точке размером около 100 микрон, практически достигая теоретического предела — 60 микрон.

Систему накачки питает конденсаторная батарея, запасающая энергию 67,3 МДж, которая разряжается за 35 микросекунд. Суммарная мощность лазера достигает 100 ТВт (1014 ватт). Это мощность всех электростанций на Земле. Когда огромный световой «блин», размером в 70 сантиметров, схлопывается в «волосок», возникает чудовищная плотность мощности, примерно 1016 Вт/см2. Это очень большая величина, никакой материал такого воздействия не выдерживает и мгновенно ионизуется. Образуется лазерная плазма, появляется рентгеновское излучение, которое взаимодействует с веществом.

Источник: atom75.ru
Фото: РФЯЦ — ВНИИЭФ

Поделиться: