تقف البشرية على حافة تسخير طاقة نظيفة غير محدودة، حيث تعمل تكنولوجيا الليزر عالية الطاقة كمحفز حاسم. في سعيهم لتحقيق الاندماج النووي الخاضع للرقابة، يواصل العلماء توسيع حدود قدرات الليزر. يستكشف هذا المقال تطبيقات مرافق الليزر عالية الطاقة في أبحاث اندماج الحبس بالقصور الذاتي وتفاعل المادة الخفيفة، مع تسليط الضوء على المساهمات التكنولوجية لشركة Exail في دعم هذه المساعي المتطورة.
يتم تعريف الليزر عالي الطاقة على أنه أنظمة ليزر نبضية قادرة على توصيل طاقات مخرجة تبلغ 100 مللي جول أو أعلى. ومن خلال التضخيم، يمكن لهذه الأنظمة تحقيق مستويات طاقة تصل إلى كيلوجول أو حتى ميجاجول. عند دمجها مع فترات نبضة بمقياس النانو ثانية، فإن طاقات النبض العالية هذه تترجم إلى ذروة طاقة بصرية غير عادية - على سبيل المثال، 1 جول يتم تسليمه في 10 نانو ثانية ينتج طاقة ذروة بمئات الميجاواط. تمثل تكنولوجيا ألياف الليزر حاليًا النهج الأكثر كفاءة لتطبيقات الليزر عالية الطاقة، حيث تستفيد من التطور الصناعي المكثف الذي يقوده قطاع الاتصالات.
في أبحاث الاندماج بالقصور الذاتي (ICF)، تولد أشعة الليزر عالية الطاقة درجات الحرارة القصوى والضغوط اللازمة لضغط وتسخين وقود الديوتيريوم والتريتيوم لظروف الاندماج. وبعيدًا عن الاندماج، تلعب هذه الليزرات أدوارًا حاسمة في دراسة التفاعلات بين الضوء والمادة عبر فيزياء البلازما وفيزياء كثافة الطاقة العالية.
بالنسبة لمرافق الليزر واسعة النطاق مثل LULI2000 في فرنسا، أو منشأة الليزر STFC في المملكة المتحدة، أو أنظمة فئة ميجاجول مثل مرفق الإشعال الوطني (NIF) في الولايات المتحدة وLaser Mégajoule (LMJ) في فرنسا، يمثل التحكم الزمني الدقيق لنبضات الليزر مطلبًا أساسيًا. تتيح تقنية تشكيل النبض التحكم الدقيق في توصيل طاقة الليزر، مما يعزز كفاءة الاندماج والموثوقية التجريبية.
يمثل نظام ModBox-FrontEnd من Exail تقدمًا كبيرًا في أداء تشكيل النبض الزمني. يوفر هذا الحل المتكامل، القادر على توليد نبضات ليزر بملامح زمنية عشوائية مع الحفاظ على معدلات تكرار عالية، تباينًا واستقرارًا فائقين مقارنة بأساليب التعديل التقليدية.
تقوم منشآت الليزر ذات الحجم الكبير بإجراء تجارب معقدة للغاية من خلال مزامنة مئات من أشعة الليزر بدقة مع أهداف بمقياس ملليمتر. تولد هذه التجارب اضطرابات كهرومغناطيسية وبيئات إشعاعية شديدة، بما في ذلك الأشعة السينية النبضية، ونيوترونات 14 ميجا فولت، وإشعاع جاما. داخل هذه الغرف التجريبية، يجب أن تعمل جميع المعدات - بدءًا من التشخيص بالليزر والبلازما إلى أنظمة التحكم - بشكل موثوق تحت التعرض للإشعاع المكثف.
توفر تقنية الألياف الضوئية مزايا متعددة في هذه البيئات، بما في ذلك المتانة المتأصلة والحصانة ضد التداخل الكهرومغناطيسي. تعمل أنظمة الألياف المتخصصة كأدوات قياس مهمة، مما يتيح جمع البيانات في الوقت الفعلي - خاصة بالنسبة لتوقيت نبض الليزر وتطبيقات التشكيل.
لأكثر من عقد من الزمان، عملت شركة Exail كمورد حصري للألياف التشخيصية المقوية بالإشعاع للمنشآت بما في ذلك NIF وLMJ. تحافظ هذه الألياف المتخصصة على جودة البيانات ودقتها حتى في البيئات الأعلى إشعاعًا بالقرب من الأهداف التجريبية. قبل تطويرها، أجريت العديد من التجارب بشكل فعال "عمياء" بسبب عدم القدرة على استعادة معلومات كافية عن الهدف.
يركز مختبر LabH6 المشترك، الذي تم إنشاؤه من خلال التعاون بين Exail ومختبر Hubert Curien (CNRS/IOGS/St-Etienne University)، على تطوير تقنيات الألياف الضوئية للبيئات القاسية. يؤدي البحث في تأثيرات الإشعاع على ألياف السيليكا إلى تحسينات مستمرة في أداء التوهين الناجم عن الإشعاع (RIA)، وهو العامل الأساسي الذي يحد من انتقال الضوء في الألياف المشععة. تعمل هذه التطورات على إطالة عمر الألياف في التطبيقات كثيفة الإشعاع مع تعزيز موثوقية البيانات.
