Успехи лазерных технологий Exails в исследовании термоядерной энергии

Человечество стоит на пороге освоения неограниченной чистой энергии, и высокоэнергетические лазерные технологии служат критическим катализатором. В стремлении к управляемому термоядерному синтезу ученые постоянно расширяют границы лазерных возможностей. В этой статье рассматриваются применения высокоэнергетических лазерных установок в инерциальном термоядерном синтезе и исследованиях взаимодействия света и вещества, а также подчеркивается технологический вклад Exail в поддержку этих передовых разработок.

Высокоэнергетические лазеры определяются как импульсные лазерные системы, способные выдавать энергию 100 миллиджоулей и выше. Благодаря усилению эти системы могут достигать уровней энергии, достигающих килоджоулей или даже мегаджоулей. В сочетании с наносекундной длительностью импульсов такие высокие энергии импульсов преобразуются в чрезвычайную пиковую оптическую мощность — например, 1 джоуль, доставленный за 10 наносекунд, дает пиковую мощность в сотни мегаватт. Технология волоконных лазеров в настоящее время представляет собой наиболее эффективный подход для применения высокомощных лазеров, получая выгоду от обширной промышленной разработки, обусловленной телекоммуникационным сектором.

В исследованиях инерциального термоядерного синтеза (ИТС) высокоэнергетические лазеры генерируют экстремальные температуры и давления, необходимые для сжатия и нагрева дейтерий-тритиевого топлива до условий синтеза. Помимо синтеза, эти лазеры играют решающую роль в изучении взаимодействий света и вещества в физике плазмы и физике высоких плотностей энергии.

Для крупномасштабных лазерных установок, таких как французская LULI2000, лазерная установка STFC в Великобритании или системы мегаджоульного класса, такие как Национальная установка зажигания (NIF) в Соединенных Штатах и Laser Mégajoule (LMJ) во Франции, точный временной контроль лазерных импульсов представляет собой фундаментальное требование. Технология формирования импульсов обеспечивает точный контроль над подачей лазерной энергии, повышая эффективность синтеза и надежность экспериментов.

Система ModBox-FrontEnd от Exail представляет собой значительный прогресс в производительности формирования временных импульсов. Способная генерировать лазерные импульсы с произвольными временными профилями при сохранении высоких частот повторения, это интегрированное решение предлагает превосходный контраст и стабильность по сравнению с традиционными методами модуляции.

Лазерные установки мегаджоульного масштаба проводят чрезвычайно сложные эксперименты, точно синхронизируя сотни лазерных лучей на мишенях миллиметрового масштаба. Эти эксперименты генерируют интенсивные электромагнитные возмущения и радиационные среды, включая импульсное рентгеновское излучение, нейтроны с энергией 14 МэВ и гамма-излучение. В этих экспериментальных камерах все оборудование — от лазерной и плазменной диагностики до систем управления — должно надежно работать в условиях интенсивного радиационного воздействия.

Волоконно-оптическая технология обеспечивает множество преимуществ в этих условиях, включая присущую прочность и невосприимчивость к электромагнитным помехам. Специализированные волоконные системы служат критическими измерительными приборами, обеспечивая сбор данных в реальном времени — особенно для синхронизации и формирования лазерных импульсов.

На протяжении более десяти лет Exail является эксклюзивным поставщиком радиационно-стойких диагностических волокон для таких объектов, как NIF и LMJ. Эти специализированные волокна поддерживают качество и точность данных даже в самых высоких радиационных средах вблизи экспериментальных мишеней. До их разработки многие эксперименты фактически проводились «вслепую» из-за невозможности получить достаточную информацию о мишени.

Совместная лаборатория LabH6, созданная в результате сотрудничества между Exail и лабораторией Юбера Кюрье (CNRS/IOGS/Университет Сент-Этьен), специализируется на разработке волоконно-оптических технологий для экстремальных условий. Исследования радиационного воздействия на кремнеземные волокна способствуют постоянному улучшению характеристик радиационно-индуцированного затухания (RIA) — основного фактора, ограничивающего светопропускание в облученных волокнах. Эти разработки продлевают срок службы волокон в условиях интенсивного излучения, повышая надежность данных.