인류는 고에너지 레이저 기술이 중요한 촉매 역할을 하면서 무제한 청정 에너지를 활용하기 직전에 서 있습니다. 제어된 핵융합을 추구하면서 과학자들은 레이저 성능의 한계를 지속적으로 확장하고 있습니다. 이 기사에서는 관성 제한 융합 및 광물질 상호 작용 연구에 고에너지 레이저 시설을 적용하는 방법을 살펴보는 동시에 이러한 최첨단 노력을 지원하는 데 있어 Exail의 기술적 기여를 강조합니다.
고에너지 레이저는 100밀리줄 이상의 출력 에너지를 전달할 수 있는 펄스 레이저 시스템으로 정의됩니다. 증폭을 통해 이러한 시스템은 킬로줄 또는 메가줄에 도달하는 에너지 수준을 달성할 수 있습니다. 나노초 규모의 펄스 지속 시간과 결합하면 이러한 높은 펄스 에너지는 엄청난 피크 광 전력으로 변환됩니다. 예를 들어 10나노초에 전달되는 1줄은 수백 메가와트의 피크 전력을 생성합니다. 파이버 레이저 기술은 현재 통신 부문이 주도하는 광범위한 산업 발전의 이점을 활용하여 고출력 레이저 응용 분야에 대한 가장 효율적인 접근 방식을 나타냅니다.
관성밀폐 핵융합(ICF) 연구에서 고에너지 레이저는 중수소-삼중수소 연료를 핵융합 조건으로 압축하고 가열하는 데 필요한 극한의 온도와 압력을 생성합니다. 핵융합 외에도 이러한 레이저는 플라즈마 물리학과 고에너지 밀도 물리학 전반에 걸쳐 빛-물질 상호 작용을 연구하는 데 중요한 역할을 합니다.
프랑스의 LULI2000, 영국의 STFC 레이저 시설과 같은 대규모 레이저 시설이나 미국의 NIF(National Ignition Facility) 및 프랑스의 LMJ(Laser Mégajoule)와 같은 메가줄급 시스템의 경우 레이저 펄스의 정밀한 시간 제어가 기본 요구 사항입니다. 펄스 성형 기술을 사용하면 레이저 에너지 전달을 정확하게 제어할 수 있어 융합 효율성과 실험 신뢰성이 향상됩니다.
Exail의 ModBox-FrontEnd 시스템은 시간 펄스 형성 성능이 크게 향상되었음을 나타냅니다. 높은 반복률을 유지하면서 임의의 시간 프로파일로 레이저 펄스를 생성할 수 있는 이 통합 솔루션은 기존 변조 방식에 비해 뛰어난 대비와 안정성을 제공합니다.
메가줄 규모의 레이저 시설에서는 수백 개의 레이저 빔을 밀리미터 규모의 대상에 정밀하게 동기화하여 매우 복잡한 실험을 수행합니다. 이러한 실험은 펄스 X선, 14MeV 중성자 및 감마 방사선을 포함한 강렬한 전자기 교란 및 방사선 환경을 생성합니다. 이러한 실험 챔버 내에서 레이저 및 플라즈마 진단부터 제어 시스템까지 모든 장비는 강렬한 방사선 노출에서도 안정적으로 작동해야 합니다.
광섬유 기술은 고유한 견고성과 전자기 간섭에 대한 내성을 포함하여 이러한 환경에서 여러 가지 이점을 제공합니다. 특수 광섬유 시스템은 특히 레이저 펄스 타이밍 및 성형 응용 분야에서 실시간 데이터 수집을 가능하게 하는 중요한 측정 장비 역할을 합니다.
Exail은 10년 넘게 NIF 및 LMJ를 포함한 시설에 방사선 경화 진단 섬유를 독점적으로 공급해 왔습니다. 이러한 특수 광섬유는 실험 대상 근처의 가장 높은 방사선 환경에서도 데이터 품질과 정확성을 유지합니다. 개발 이전에는 충분한 목표 정보를 복구할 수 없었기 때문에 많은 실험이 사실상 "블라인드" 방식으로 진행되었습니다.
Exail과 Hubert Curien 연구소(CNRS/IOGS/St-Etienne University) 간의 협력을 통해 설립된 LabH6 공동 연구소는 극한 환경을 위한 광섬유 기술 개발에 중점을 두고 있습니다. 실리카 섬유에 대한 방사선 효과에 대한 연구는 조사된 섬유의 광 투과를 제한하는 주요 요인인 방사선 유발 감쇠(RIA) 성능을 지속적으로 개선합니다. 이러한 개발은 방사선 집약적 응용 분야에서 섬유 수명을 연장하는 동시에 데이터 신뢰성을 향상시킵니다.
