IT-байки: Сверхмощные лазеры - для войны и для мира / Аналитика

Поводом к появлению второй, "мирной" части этой статьи послужило сообщение о запуске самого мощного лазера на Земле, Официальная церемония запуска состоялась 29 мая 2009 года в Национальном термоядерном комплексе США (National Ignition Facility, NIF) при Ливерморской лаборатории им. Лоуренса (Lawrence Livermore Laboratory), Калифорния. Полагаю, в самые ближайшие дни, недели, месяцы, можно ожидать самые неожиданные сообщения из этой лаборатории.

Трудно описать перспективы, открывающиеся после запуска этой гигантской лазерной системы. Сведённая воедино энергия 192 лазеров, генерирующих миллионы джоулей в инфракрасном диапазоне с последующей конвертацией в излучение ультрафиолетового спектра, приблизительно в 40 раз превышает мощность излучения наиболее мощного предшественника проекта NIF, лазера Nova. Для сравнения: один мегаджоуль – это энергия, потребляемая 10 тысячами 100-ваттных лампочек за одну секунду.

700 ТВт (тераватт!) – такова мощность 192-лазерной установки NIF, суммарно генерирующей 1,8 МДж энергии. Трёхэтажная конструкция, занимающая площадь с футбольное поле, оснащена 120-тонной камерой мишени диаметром 10 метров. Каждый из 192 отдельных лазеров установки NIF способен фокусировать свой луч (примерно 40 квадратных сантиметров) на пятне центра мишени диаметром всего полмиллиметра импульсами протяжённостью в десятки наносекунд, что, тем не менее, примерно равно 500 триллионам ватт пиковой мощности, или эквивалентно тысячекратному объёму энергии, генерируемой на территории США за те же десятимиллиардные доли секунды.

Таким образом, с помощью установки NIF появляется уникальная возможность концентрировать гигантские объёмы энергии с величайшей точностью в миллиардные доли секунды. Для работы прецизионной системы фокусировки лучей применяется 6206 высококачественных оптико-механических модуля, а также 400 компьютеров, обрабатывающих миллионы строк кода системы управления.

Характеристики, что и говорить, впечатляющие. Огромное здание, сверхмощные лазерные лучи, облучающие крохотную мишень глубиной менее дюйма… Законный вопрос – зачем всё это нужно? Ответ – в магическом сочетании слов управляемая термоядерная реакция. С помощью лазерной системы NIF учёные намерены запустить термоядерную реакцию в лабораторных условиях. С помощью этой установке впервые будут проверены на практике многие научные теории и расчеты, пока что проводившиеся исключительно в рамках компьютерного моделирования процессов в связи с отсутствием подходящих инструментов для исследований. В процессе проведения экспериментов лазерные лучи установки будут давить на расположенную в центре мишени полую оболочку с изотопами водорода, дейтерием и тритием, сжимая их до плотности, в 100 раз превышающей плотность свинца. Термоядерное горение при температурах более 100 миллионов градусов и давлении более 100 миллиардов атмосфер, что сравнимо с условиями в центре звёзд и ядрах крупных планет (или при термоядерном взрыве), должно обеспечить поддержание постоянного сгорания термоядерного топлива и таким образом обеспечить больший выход энергии, нежели затрачивается на питание лазера. Разумеется, новая лазерная установка при этом позволит получить бесценную информацию о свойствах различных материалов, о строении и структуре Вселенной, хотя, никто, разумеется, не скрывает, что первоочередная цель проекта – получение недорогой и "чистой" энергии термоядерного синтеза, для достижения энергетической безопасности США в будущем. По словам учёных, занятых в проекте, эксперименты с запуском термоядерной реакции на установке NIF начнутся ближе ко второй половине 2010 года,

Сайт проекта The National Ignition Facility (NIF) at Lawrence Livermore National Laboratory - настоящий кладезь идей и просто захватывающих дух проектов, проверка которых на практике полностью завязана на работоспособность новой сверхмощной лазерной системы. Если вам не безразличны исследования в области термоядерной энергетики, астрофизики, гидродинамики, нелинейной оптической физики, материаловедения, атомной физики и физики плазмы - не поленитесь найти время на исследования этого проекта, обязательно найдёте для себя много интересного.

Так, например, ряд экспериментов с применением установки NIF на протяжении 2009-2010 призван внести ряд уточнений в понимание процессов формирования чёрных дыр и суперновых, эволюции звёзд и крупных планет, высокоэнергетических состояний атомов, природы плазмы.

Особое место в списке предстоящих экспериментов занимают исследования процесса так называемого быстрого инициирования (fast ignition, FI) термоядерной реакции, проводимые учёными из University of California at San Diego. При таком сценарии запуска термоядерной реакции используется принцип подрыва сжатой давлением сферической капсулы. Для этого дейтериево-тритиевая мишень первоначально сжимается лазерами, а затем коротким импульсом подаётся энергия инициализации термоядерной реакции в сжатом ядре.

Преимущество быстрого инициирования заключается в том, что в таком случае требуется давление, значительно меньшее нежели при традиционном счпособе; к тому же, благодаря меньшей массе области инициализации значительно – в 10-20 раз, снижается потребление энергии. Так, по крайней мере, всё это выглядит в теории.

На этом, пожалуй, сегодняшний обзор современных сверхмощный лазерных систем можно закончить. Безусловно, каждая сфера применения таких систем – военная, научная, прикладная, заслуживает более подробного и детального описания. Если вас интересует эта тема - пишите, о чём хотелось бы узнать в следующих публикациях, с удовольствием продолжим этот рассказ.

Ссылки по теме:

Материалы для дополнительного чтения: