Exails Lasertechnologie treibt die Forschung zur Fusionsenergie voran

Die Menschheit steht kurz davor, unbegrenzte saubere Energie zu nutzen, wobei die Hochenergie-Lasertechnologie als entscheidender Katalysator dient. Auf der Suche nach kontrollierter Kernfusion verschieben Wissenschaftler kontinuierlich die Grenzen der Laserfähigkeiten. Dieser Artikel untersucht die Anwendungen von Hochenergie-Laseranlagen in der Trägheitsfusion und der Forschung zur Wechselwirkung von Licht und Materie und hebt gleichzeitig die technologischen Beiträge von Exail zur Unterstützung dieser hochmodernen Bemühungen hervor.

Hochenergie-Laser werden als gepulste Lasersysteme definiert, die in der Lage sind, Ausgangsenergien von 100 Millijoule oder höher zu liefern. Durch Verstärkung können diese Systeme Energieniveaus erreichen, die Kilojoule oder sogar Megajoule erreichen. In Kombination mit Pulsdauern im Nanosekundenbereich führen solche hohen Pulsenergien zu einer außergewöhnlichen optischen Spitzenleistung – beispielsweise erzeugt 1 Joule, das in 10 Nanosekunden geliefert wird, eine Spitzenleistung im Hunderten-Megawatt-Bereich. Die Faserlasertechnologie stellt derzeit den effizientesten Ansatz für Hochleistungs-Laseranwendungen dar und profitiert von einer umfassenden industriellen Entwicklung, die durch den Telekommunikationssektor vorangetrieben wird.

In der Trägheitsfusion (ICF)-Forschung erzeugen Hochenergie-Laser die extremen Temperaturen und Drücke, die erforderlich sind, um Deuterium-Tritium-Brennstoff auf Fusionsbedingungen zu komprimieren und zu erhitzen. Über die Fusion hinaus spielen diese Laser eine entscheidende Rolle bei der Untersuchung der Wechselwirkungen von Licht und Materie in der Plasmaphysik und der Hochenergiedichte-Physik.

Für groß angelegte Laseranlagen wie das französische LULI2000, die britische STFC-Laseranlage oder Systeme der Megajoule-Klasse wie die National Ignition Facility (NIF) in den Vereinigten Staaten und der Laser Mégajoule (LMJ) in Frankreich stellt die präzise zeitliche Steuerung von Laserpulsen eine grundlegende Anforderung dar. Die Pulsformungstechnologie ermöglicht die exakte Steuerung der Laserenergieabgabe und verbessert die Fusionseffizienz und die Zuverlässigkeit der Experimente.

Das ModBox-FrontEnd-System von Exail stellt einen bedeutenden Fortschritt in der zeitlichen Pulsformungsleistung dar. Diese integrierte Lösung ist in der Lage, Laserpulse mit beliebigen zeitlichen Profilen zu erzeugen und gleichzeitig hohe Wiederholraten beizubehalten. Sie bietet im Vergleich zu herkömmlichen Modulationsansätzen einen überlegenen Kontrast und eine höhere Stabilität.

Anlagen mit Megajoule-Laser führen außerordentlich komplexe Experimente durch, indem sie Hunderte von Laserstrahlen präzise auf millimetergroße Ziele synchronisieren. Diese Experimente erzeugen intensive elektromagnetische Störungen und Strahlungsumgebungen, einschließlich gepulster Röntgenstrahlen, 14-MeV-Neutronen und Gammastrahlung. Innerhalb dieser Experimentierkammern muss die gesamte Ausrüstung – von Laser- und Plasmadiagnostik bis hin zu Steuerungssystemen – unter intensiver Strahlung zuverlässig arbeiten.

Die Glasfasertechnologie bietet in diesen Umgebungen mehrere Vorteile, darunter eine inhärente Robustheit und Immunität gegen elektromagnetische Störungen. Spezialisierte Fasern dienen als kritische Messinstrumente und ermöglichen die Datenerfassung in Echtzeit – insbesondere für Anwendungen zur Laserpulszeitmessung und -formung.

Seit über einem Jahrzehnt ist Exail der exklusive Lieferant von strahlungsgehärteten Diagnosefasern für Anlagen wie NIF und LMJ. Diese Spezialfasern erhalten die Datenqualität und -genauigkeit auch in den höchsten Strahlungsumgebungen in der Nähe von Versuchszielen. Vor ihrer Entwicklung verliefen viele Experimente effektiv "blind", da nicht genügend Zielinformationen gewonnen werden konnten.

Das gemeinsame Labor LabH6, das durch die Zusammenarbeit zwischen Exail und dem Hubert Curien Laboratory (CNRS/IOGS/St-Etienne University) gegründet wurde, konzentriert sich auf die Entwicklung von Glasfasertechnologien für extreme Umgebungen. Die Forschung zu Strahlungseffekten auf Quarzfasern treibt kontinuierliche Verbesserungen der strahlungsinduzierten Dämpfung (RIA) voran – dem Hauptfaktor, der die Lichttransmission in bestrahlten Fasern einschränkt. Diese Entwicklungen verlängern die Lebensdauer von Fasern in strahlungsintensiven Anwendungen und verbessern gleichzeitig die Datenzuverlässigkeit.