Libmonster ID: UA-1781

 Автор: В. А. ПАРАФОНОВА, журналист

Физике сверхсильных полей сегодня посвящают самые представительные научные конференции. Одна из них - "Физика лазеров. Взаимодействие лазерного излучения с веществом" - прошла в городе Сарове (Нижегородская область) в Российском федеральном ядерном центре "Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики (ВНИИЭФ)".

С аров, ранее Арзамас-16, выбран для международного форума не случайно. Здесь создавали не только атомное и термоядерное оружие, но и самые крупные в Европе лазерные установки. Совершенствование этой техники идет полным ходом. Так, доктор физико-математических наук, директор отделения нелинейной динамики и оптики Института прикладной физики (ИПФ) РАН A.M. Сергеев особое внимание в докладе уделил совместному проекту ИПФ РАН и ВНИИЭФ по строительству в Сарове одной из самых мощных в мире установок для генерации мультипетаваттного * излучения.

Изобретение лазеров основоположниками квантовой электроники,

будущими академиками Н. Г Басовым и AM. Прохоровым, а также американцем Ч. Х. Таунсоном (Нобелевская премия 1964 г.) привело к существенному прорыву в области уменьшения длительности импульсов излучения. Оказалось возможным получать субнаносекундные импульсы - это меньше наносекунды (10 -9 с) вплоть до пикосекунды (10" 1 с), а затем перейти к фемтосекундам (10 -15 с). Сейчас речь идет уже об атгосекундах (10 - 18 с). Первые фемтосекундные лазеры, генерировавшие излучение с длительностью менее 100 фс, были сконструированы в конце 80-х годов. Сейчас экспериментаторы освоили диапазон до 5 фс. Достижение таких значений стало реальным благодаря созданию новых лазерных кристаллов. Кроме того, открыт механизм самосинхронизации мод (собственных электромагнитных колебаний) в лазерах, в результате чего широкополосное излучение с разными длинами волн, генерируемое кристаллом, удается преобразовать в излучение, высвечивающееся в виде сверхкоротких импульсов. Наконец, в середине 90-х годов были разработаны оптические зеркала, позволяющие управлять задержкой световых волн при отражении в зависимости от их частоты. Развитие этих трех направлений позволило приблизиться к пределу длительностей импульсов, который могут обеспечить лазерные генераторы.

Что же дают сверхкороткие импульсы на практике? Скажем, размеры транзисторов - базы современной вычислительной техники - сегодня порядка десятков нанометров. Исследовать процессы, происходящие в этих полупроводниковых уст-


* Петаваттный (пета - 10 15 ) - следующий за тераваттным (тера - 10 12 ) уровень мощности (прим. ред.).

стр. 58


ройствах все меньшего и меньшего размера, можно только с помощью импульсов фемтосекундной длительности. Ведь характерные времена "событий", важных для современной электроники, меньше пикосекунды: именно такая мизерная доля времени требуется электрону на преодоление расстояния в несколько десятков нанометров.

Другой пример - телекоммуникации. Чтобы передавать максимальный объем информации в единицу времени, излучение должно быть как можно более широкополосным. Диапазон передачи до 10 Пбит/с практически освоен, причем не только в оптических системах. Если же говорить о достижении скорости больше терабита в секунду, то от фемтосекундного диапазона никуда не уйти.

Еще одна сфера, где основную роль играет длительность импульсов, - создание сверхсильных электромагнитных полей. Чтобы их получать, надо либо увеличивать энергию, либо уменьшать время, либо сужать пятно, в которое фокусируется излучение. Наращивание энергии потребует все большего числа конденсаторов. Кстати, уникальнейшее сооружение в Евразии - лазерный комплекс ВНИИЭФ "Искра-5" - занимает целый дом.

Более эффективное решение данной проблемы - уменьшение длительности импульса, что означает увеличение интенсивности излучения. Уже сейчас в некоторых лазерных системах она доходит до 10 20 - 10 21 Вт/см 2 . Если такое излучение посылать в вещество, то получится новое его состояние - плазма с удивительными свойствами, о которых пока известно очень мало. Она становится источником рентгеновского излучения с огромной энергией квантов вплоть до гамма-диапазона и испускает высокоэнергетичные ионы (до десятков мегаэлектронвольт). Подобные эффекты можно использовать в разнообразных областях - от физики элементарных частиц до медицины.

И это далеко не все приложения фемтосекундной оптики. Ее возможности, и реализуемые на практике, и потенциальные, позволяют поставить данный раздел физики в число наиболее быстро развивающихся.

Есть еще одна область применения лазерных импульсов, непосредственно не связанная ни с быстрыми процессами, ни с сильными полями. Еще в 60-х годах ученые научились лоцировать подводные объекты на глубине нескольких десятков метров с помощью наносекундного лазерного излучения. Что же касается фемтосекундного, то оно позволяет изучать неоднородности биоткани масштабом порядка 10 мкм. Именно на такой глубине развивается немало патологий, в том числе онкозаболеваний.

В ИПФ РАН созданы фемтосекундные оптические томографы для неинвазивной (неповреждающей) оптической биопсии. В отличие от принятых в практике методов данный позволяет не прибегать к иссечению фрагментов ткани - ее структура в области между эпителием и подлежащими слоями и так прекрасно видна. Пять лет назад нижегородские физики и медики с помощью упомянутых приборов первыми в мире составили альбомы томограмм практически всех внутренних органов, чем внесли существенный вклад в новую область науки - оптическую томографию.

Овладеть управляемым термоядерным синтезом - значит научиться использовать для нужд энергетики реакцию синтеза дейтерия с тритием. Если очень быстро нагреть их смесь, например, лазерным импульсом, то благодаря своей инерции последняя "разлетится" не сразу. В этом состоит суть метода инерционного удержания плазмы.

Установки, созданные для лазерного термоядерного синтеза (как и "Искра-5"), имеют плазменную ка-

стр. 59


меру, в центр которой помещают дейтерий-тритиевую мишень. На ней фокусируют излучение нескольких мощных лазерных пучков с длительностью импульса до 10 -10 с и суммарной мощностью порядка 10 14 Вт. Тогда расширяющиеся газы и световое давление должны сжать дейтерий- тритиевую смесь примерно в 50 тыс. раз и нагреть до 10 кэВ (около 120 млн. С). Оболочка, в которой находится смесь, испарится, давление в последней возрастет до 1 млн. атм, а плотность - до 50 - 100 г/см (такие условия сохраняются лишь на время действия лазерного импульса). Тут-то и может начаться термоядерная реакция с выделением нейтронов и большого количества энергии в каждом акте синтеза - 17,6 МэВ.

Стало быть, в термоядерном направлении главная задача сейчас - "зажечь" мишень. Для этого предложена "быстрая" схема: один мощный лазерный импульс обжимает мишень, а с помощью другого, очень короткого, фемтосекундного, вводимого со стороны, возможен поджиг термоядерного горючего. Так что здесь без фемтосекундных лазеров не обойтись.

Исследования, проведенные в США, Японии, России, привели к созданию расчетно-теоретических моделей, позволяющих разрабатывать конструкцию термоядерной мишени и определять характеристики лазерного излучения (энергию, длину волны, форму импульса и др.), необходимые для зажигания в лабораторных условиях. Последнее требует больших энергий, чем на ныне существующих в мире установках. Следовательно, нужны лазеры нового поколения. В США и Франции уже приступили к их строительству и планируют получать выходную энергию около 2 МДж. В Японии разрабатывают установку KONGOH.

Во ВНИИЭФ тоже есть планы по развитию существующих и созданию новых мощных лазерных систем. Его сотрудники спроектировали установку следующего поколения на основе неодима - "Искру-6". Она будет состоять из 16 модулей по 8 лазерных каналов в каждом. Кстати, кпд неодимовых лазеров выше йодных, используемых на "Искре-5", а стоимость ниже.

Сейчас сооружается первый модуль установки "Искра-6" - "Луч". Уже готов один его лазерный канал, а всего будет четыре с полной энергией излучения 12 - 16 кДж. Основная цель "Луча" - проверка правильности выбора конструкции "Искры-6", отработка ее ключевых элементов, а главное - создание на его базе уникального фемтосекундного источника петаваттного уровня мощности,

стр. 60


который позволит экспериментально изучить особенности схемы "быстрого" поджига. Вот что говорит об этом А. М. Сергеев:

- Для нас важны два момента: наличие мощного кДж-лазера в системе "Луч" во ВНИИЭФ и то, что мы у себя, в ИПФ РАН, выращиваем широкоапертурные нелинейные кристаллы. А они - основа проекта мулътипетаваттного параметрического усилителя. Принцип его действия базируется на процессе распада одного кванта света на два при распространении в нелинейном оптическом кристалле. Для оптимального проявления такого эффекта мы синтезировали уникальные водорастворимые кристаллы, получившие название KDP и DKDP.

Надо сказать, что в мире, пожалуй, есть лишь два-три места, где делают нечто подобное. Но столь широко-апертурные кристаллы, до 40 см в диаметре, и такого высокого качества вряд ли сегодня где-либо можно найти. Кроме того, наша технология позволяет выращивать кристалл со скоростью 10 мм в сутки - это очень хороший показатель.

Так вот, в ИПФ РАН мы планируем сделать две ступени параметрического усиления - до уровня приблизительно 100 ТВт - и проверить

все принципы работы. Затем предполагается установить систему во ВНИИЭФ и использовать для ее накачки один из каналов "Луча". В итоге будет построена петаваттная машина.

В заключение хочется подчеркнуть, что в своей исследовательской деятельности мы идем не по чьим-то следам, а разрабатываем свое, новое направление. И то, что в эту же сторону обратили взор специалисты США, Англии и Японии, лишь подтверждает его перспективность.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Актуальный-репортаж-В-ГЛУБЬ-ШКАЛЫ-ВРЕМЕНИ

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Бельбек ТахумовContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/Scientist

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

Актуальный репортаж. В ГЛУБЬ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 18.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/Актуальный-репортаж-В-ГЛУБЬ-ШКАЛЫ-ВРЕМЕНИ (date of access: 01.12.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
771 views rating
18.06.2014 (2723 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
А вообще весь этот кейс с комиками во власти заставил понять, что киношный сценарий разительно отличается от реальной большой политики, где побеждает трезвый, незамутненный запрещенными веществами ум, холодный расчет и опыт – как обязательные составляющие личности, дерзающей определять путь миллионов человек.
Catalog: Разное 
17 hours ago · From Naina Kravetz
Когда менять резину на зимнюю в 2021 году?
Yesterday · From Україна Онлайн
Запрещает ли PayPal азартные игры?
Catalog: Экономика 
2 days ago · From Україна Онлайн
IN THE INTERESTS OF ENERGY STABILITY
7 days ago · From Україна Онлайн
Аварии на топливе Westinghouse случались и ранее, начиная с 1979 года, когда произошла крупнейшая в истории США авария на АЭС Три-Майл-Айленд, в результате которой зафиксировано расплавление 50% активной зоны реактора. Далее Westinghouse делала попытки торговать с Чехией, однако опасные эксперименты по замене оригинального топлива окончились досрочной его выгрузкой из 1-го энергоблока АЭС Темелин в январе 2007 года, по причине его сильной деформации. Вышедшие из строя вэстингхаусовские тепловыводящие сборки на 3-м энергоблоке Южно-Украинской АЭС были в экстренном порядке заменены на стандартные ТВЭЛовские.
Catalog: Экология 
8 days ago · From Naina Kravetz
HISTORY OF ROADS AND GROUND TRANSPORT ACCORDING TO ARCHEOLOGICAL DATA
Catalog: История 
9 days ago · From Україна Онлайн
BASIC UNIT FOR THE AMERICAN ACCELERATOR
10 days ago · From Україна Онлайн
TRANSITION TO CONTROLLED EVOLUTION OF THE BIOSPHERE
Catalog: Биология 
10 days ago · From Україна Онлайн
DEVONIAN PALEOSOILS OF THE ANDOMA MOUNTAIN
10 days ago · From Україна Онлайн
Безопасно ли брать кредит в Интернете?
Catalog: Экономика 
11 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
Актуальный репортаж. В ГЛУБЬ ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones