Перспективность использования лазерного излучения в современных технологияхНазад
Перспективность использования лазерного излучения в современных технологиях
На первом после летних каникул заседании Президиума Российской академии наук с научным сообщением "Исследования по термоядерному синтезу на мощных лазерных установках" выступил академик Радий Иванович Илькаев (Российский федеральный ядерный центр - ВНИИ экспериментальной физики, г. Саров (РФЯЦ - ВНИИЭФ)).
Благодаря работам коллектива ученых, возглавляемого Илькаевым, на боевое дежурство был поставлен, к примеру, ракетный комплекс стационарного базирования "Тополь". Боеголовку для него сделали в Сарове. В последние годы ученые Центра плодотворно трудятся над созданием обычного оружия, которое по своим характеристикам соответствует мировому уровню.
В 1999 году Россия установила новый мировой рекорд, который до сих пор не превзойден: было создано сверхсильное магнитное поле напряженностью 28 мегагаус. Это уже не оружие, а фундаментальная наука.
Короче говоря, Ядерному Центру, возглавляемому академиком Илькаевым, есть чем гордиться, несмотря на то, что за последние годы финансовые возможности центра сократились примерно в 20 раз. Русская Православная Церковь оказала российским ядерщикам огромную нравственную поддержку. На всемирном Русском Соборе в ноябре 1996 года им было сказано: вы занимаетесь принципиально важным делом, от которого зависит судьба России, вы, безусловно, нужны нашему Отечеству, и мы вас поддерживаем.
В настоящее время в Сарове ведутся работы по созданию современных лазерных установок.
Перспективность использования лазерного излучения в современных технологиях объясняется возможностью концентрации на очень малой поверхности световой энергии высокой плотности, соизмеримой с плотностью энергии ядерного взрыва, и гибкостью управления подводимой энергией.
Выдающееся открытие XX века - лазер нашел широкое применение в решении проблемы управляемого термоядерного синтеза - лазерный термоядерный синтеза (ЛТС). Термоядерные реакции протекают при слиянии (синтезе) ядер легких элементов. При этом наряду с образованием более тяжелых элементов выделяется избыточная энергия в виде кинетической энергии конечных продуктов реакции и гамма-излучения. Большое энерговыделение при протекании термоядерных реакций привлекает внимание ученых из-за возможности их практического применения в земных условиях. Так, термоядерные реакции в крупных масштабах осуществлены в водородной (или термоядерной) бомбе.
Чрезвычайно привлекательной представляется возможность утилизации энергии, выделившейся при термоядерных реакциях, для решения энергетической проблемы. Дело в том, что топливом при таком способе получения энергии является изотоп водорода - дейтерий (D), запасы которого в Мировом океане практически неисчерпаемы.
При синтезе ядер дейтерия и трития образуются гелий (Не) с атомной массой, равной четырем, и нейтрон (п). В результате реакции выделяется энергия - 17,6 МэВ.
К настоящему времени сформировались два в значительной мере независимых подхода к решению проблемы управляемого термоядерного синтеза. Первый из них основан на возможности удержания и термоизоляции высокотемпературной плазмы относительно низкой плотности магнитным полем специальной конфигурации в течение сравнительно длительного времени. К таким системам относится "Токамак" (сокращенно от названия - "тороидальная камера с магнитными катушками"), предложенный в 50-х годах в СССР. Другой путь - импульсный. При импульсном подходе необходимо быстро нагреть и сжать малые порции вещества до таких температур и плотностей, при которых термоядерные реакции успевали бы эффективно протекать за время существования ничем не удерживаемой, или, как говорят, инерциально удерживаемой, плазмы.
Впервые идея использования мощного лазерного излучения для нагрева плотной плазмы до термоядерных температур была высказана Н.Г.Басовым и О.Н.Крохиным в начале 60-х годов. К настоящему времени сформировалось самостоятельное направление термоядерных исследований - лазерный термоядерный синтез (ЛТС).
Каково же состояние исследований по ЛТС в настоящее время?
В Ливерморской лаборатории (США) начато создание установки на неодимовом стекле с энергией Е = 1,8 МДж. Стоимость проекта составляет 2 млрд долл. Создание установки аналогичного уровня запланировано и во Франции.
Нужно сказать, что запуск установок такого масштаба не только приблизит возможность создания термоядерного реактора на основе лазерного термоядерного синтеза, но и предоставит в распоряжение исследователей уникальный физический объект - микровзрыв с энерговыделением 107-109 Дж, мощный источник нейтронного, нейтринного, рентгеновского и g-излучений.
Для реактора на основе лазерного термоядерного синтеза необходимо, однако, создание лазера мегаджоульного уровня. В ряде лабораторий исследуются возможности создания таких систем на основе новых кристаллов. Запуск опытного реактора по американской программе планируется на 2025 год.
В России в 1996 году РФЯЦ-ВНИИЭФ выдвинул предложение по созданию мощной лазерной установки "Искра-6" с лазерной энергией 600 кДж при длительности лазерного импульса 3-4 не и длине волны 0,35 мкм. В качестве первого этапа этой программы в 2001 году осуществлен запуск одного лазерного модуля установки - четырехканальной установки "Луч" с энергией лазерного излучения 3,5 кДж в каждом канале.
РФЯЦ-ВНИИЭФ совместно с ИПФ РАН разработал концепцию и создает на базе установки "Луч" лазерную систему с энергией .импульса порядка 100 Дж при его длительности 100 фс.
В середине 2006 г. планируется запуск лазерной системы петаватной мощности, что позволит нашей стране занять одну из лидирующих позиций в мире в области создания короткоимпульсных мощных лазеров.
По мощности установок мы, безусловно, отстаем от американцев. Но все равно мы можем достаточно эффективно исследовать физику термоядерного процесса.
