Exails Laser Tech rozwija badania nad energią termojądrową

Ludzkość stoi o krok od wykorzystania nieograniczonej czystej energii, a wysokoenergetyczna technologia laserowa pełni rolę kluczowego katalizatora. W pogoni za kontrolowaną syntezą jądrową naukowcy nieustannie przesuwają granice możliwości lasera. W tym artykule omówiono zastosowania wysokoenergetycznych urządzeń laserowych w inercyjnej syntezie termojądrowej i badaniach interakcji światła z materią, podkreślając jednocześnie technologiczny wkład Exail we wspieranie tych nowatorskich przedsięwzięć.

Lasery wysokoenergetyczne definiuje się jako impulsowe systemy laserowe zdolne do dostarczania energii wyjściowej o wartości 100 milidżuli lub wyższej. Dzięki wzmocnieniu systemy te mogą osiągnąć poziom energii sięgający kilodżuli, a nawet megadżuli. W połączeniu z czasem trwania impulsu w skali nanosekundowej, tak wysokie energie impulsów przekładają się na niezwykłą szczytową moc optyczną — na przykład 1 dżul dostarczony w ciągu 10 nanosekund wytwarza moc szczytową liczoną w setkach megawatów. Technologia lasera światłowodowego stanowi obecnie najbardziej wydajne podejście do zastosowań laserów dużej mocy, czerpiąc korzyści z szeroko zakrojonego rozwoju przemysłowego napędzanego przez sektor telekomunikacyjny.

W badaniach nad syntezą inercyjną (ICF) lasery wysokoenergetyczne generują ekstremalne temperatury i ciśnienia wymagane do sprężania i podgrzewania paliwa deuterowo-trytowego do warunków syntezy. Oprócz syntezy termojądrowej lasery te odgrywają kluczową rolę w badaniu interakcji światła z materią w fizyce plazmy i fizyce wysokich gęstości energii.

W przypadku wielkoskalowych obiektów laserowych, takich jak LULI2000 we Francji, STFC w Wielkiej Brytanii czy systemy klasy megadżuli, takie jak National Ignition Facility (NIF) w Stanach Zjednoczonych i Laser Mégajoule (LMJ) we Francji, precyzyjna kontrola czasowa impulsów laserowych stanowi podstawowy wymóg. Technologia kształtowania impulsów umożliwia dokładną kontrolę dostarczania energii lasera, zwiększając wydajność syntezy jądrowej i niezawodność eksperymentów.

System ModBox-FrontEnd firmy Exail stanowi znaczący postęp w zakresie kształtowania impulsów czasowych. To zintegrowane rozwiązanie, zdolne do generowania impulsów laserowych o dowolnych profilach czasowych przy zachowaniu dużej częstotliwości powtarzania, zapewnia doskonały kontrast i stabilność w porównaniu z konwencjonalnymi metodami modulacji.

Urządzenia laserowe w skali megadżuli przeprowadzają niezwykle złożone eksperymenty, precyzyjnie synchronizując setki wiązek laserowych z celami w skali milimetrowej. Eksperymenty te generują intensywne zakłócenia elektromagnetyczne i środowiska radiacyjne, w tym pulsacyjne promieniowanie rentgenowskie, neutrony 14 MeV i promieniowanie gamma. W tych komorach doświadczalnych cały sprzęt – od diagnostyki laserowej i plazmowej po systemy kontrolne – musi działać niezawodnie w warunkach intensywnego narażenia na promieniowanie.

Technologia światłowodowa zapewnia wiele korzyści w tych środowiskach, w tym naturalną wytrzymałość i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Specjalistyczne systemy światłowodowe służą jako krytyczne instrumenty pomiarowe, umożliwiające gromadzenie danych w czasie rzeczywistym – szczególnie w zastosowaniach związanych z synchronizacją i kształtowaniem impulsów laserowych.

Od ponad dziesięciu lat Exail jest wyłącznym dostawcą utwardzanych promieniowaniem włókien diagnostycznych dla takich obiektów, jak NIF i LMJ. Te wyspecjalizowane włókna utrzymują jakość i dokładność danych nawet w środowiskach o najwyższym promieniowaniu w pobliżu celów eksperymentalnych. Przed ich opracowaniem wiele eksperymentów faktycznie przebiegało „na ślepo” ze względu na niemożność odzyskania wystarczających informacji o celu.

Wspólne laboratorium LabH6, utworzone w wyniku współpracy pomiędzy Exail i Hubert Curien Laboratory (CNRS/IOGS/St-Etienne University), koncentruje się na opracowywaniu technologii światłowodowych dla ekstremalnych środowisk. Badania nad wpływem promieniowania na włókna krzemionkowe prowadzą do ciągłej poprawy wydajności tłumienia wywołanego promieniowaniem (RIA) – głównego czynnika ograniczającego transmisję światła w napromieniowanych włóknach. Zmiany te wydłużają żywotność włókien w zastosowaniach wymagających intensywnego promieniowania, jednocześnie zwiększając niezawodność danych.