На прошлой неделе в Сарове был завершен финальный этап монтажа лазерной термоядерной установки. С ее помощью планируют проводить эксперименты по управляемому инерциальному термоядерному синтезу. Впервые идея создания такой установки была предложена в 1950-х академиками Андреем Сахаровым и Игорем Таммом.
Работает такая установка следующим образом: сферическую капсулу заполняют смесью дейтерия и трития, потом на поверхность ее посылают мощный лазерный импульс. Под действием импульса часть капсулы превращается в пар, создается абляционное давление, которое разгоняет сферический поршень до очень высоких скоростей. Далее выполняется симметричное сжатие смеси до необходимых для проведения термоядерной реакции параметров.
Стоимость самой мощной в мире лазерной установки двойного назначения оценивается примерно в 45 млрд. рублей. В настоящее время подобная лазерная установка есть у США и во Франции. В свою очередь российская установка превзойдет иностранные аналоги и будет самой мощной в мире. Мощность установки составит порядка 2,8 МДж, в то время как мощности упомянутых выше американской и французской лазерных установок не превышают 2 МДж.
Лазерная установка будет двойного назначения. С одной стороны это будет оборонная составляющая, так как физика плотной горячей плазмы, физика высоких плотностей энергии в настоящее время наиболее плотно изучается на подобного рода установках. Эти эксперименты могут быть направлены на создание термоядерного оружия. С другой стороны – это энергетическая составляющая. В настоящее время физики во всем мире высказывают идеи о том, что лазерный термоядерный синтез может пригодиться им для разработки энергии будущего.
На полную мощность сверхмощную лазерную установку под индексом УФЛ-2м планируется запустить в 2020 году. Лазерная установка будет включать в себя 192 лазерных канала, а ее размеры будут по площади соизмеримы с двумя футбольными полями. На данном уникальном объекте планируется проводить фундаментальные исследования по изучению высокотемпературной плотной плазмы.
За последние 40 лет в Сарове была создана очень мощная база по разработке лазеров различной мощности. Направление по производству лазеров является профильным для всего Саровского технопарка, на территории которого уже развернули свою деятельность более 30 компаний-резидентов.
В то же время лазерная установка УФЛ-2м действительно будет использоваться для создания термоядерной реакции. Еще в 1963 году советский ученый-физик, академик Николай Басов и Олег Крохин предложили с помощью лазерной установки зажечь термоядерную мишень и на этой основе провести термоядерное зажигание, а в будущем создать термоядерную электростанцию. Эта схема была отлична от той, которая предлагалась ранее и была связана с магнитным удержанием. В настоящее время на основе данного принципа во французском городе Кадараш строится установка ИТЕР, являющаяся совместным международный проектом ряда стран.
Строящаяся в России лазерная установка позволит использовать так называемый инерционный режим, при котором термоядерное горючее зажигается не за счет того факта, что оно долгое время находится в горячем состоянии, а вещество остается не очень плотным, а наоборот – происходит сжатие термоядерной смеси до очень высокой температуры и плотности. При этом сам этот процесс протекает очень короткое время. Отличие в том, что в этом случае осуществляется небольшой управляемый микровзрыв.
Сверхмощная лазерная установка может понадобиться и для других целей, в частности с ее помощью можно будет приблизиться к характеристикам, до которых вещество может сжиматься и нагреваться в звездах, к примеру, как на Солнце. Именно по этой причине исследования в области высокотемпературной плазмы, могут быть применены в интересах астрофизики – для исследования астрофизической плазмы. Часто человечество сталкивается с тем, что мы не до конца знаем и понимаем фундаментальные свойства вещества, особенно при высоком давлении и плотности. К примеру, уравнение состояний. Для решения этих проблем делаются специальные мишени, при помощи которых с помощью лазерных установок проводятся подобные исследования. Существует и много других областей применения сверхмощного лазера, которые представляют интерес для ученых всего мира.
Предполагается, что постройка сверхмощного лазера УФЛ-2м может помочь в разработке термоядерного реактора. Если обратиться к истории, то можно отметить, что практически одновременно с разработкой атомного оружия была создана и первая АЭС. В свое время отцы-основатели, получив зажигание на полигоне, то есть, реализовав на практике термоядерный взрыв, надеялись на то, что достаточно быстро будет разработан и термоядерный реактор. Именно тогда появилось предложение Андрея Сахарова о том, что для удержания плазмы можно использовать термоизоляцию магнитным полем плазмы. Однако с 1950-х годов прошло уже более полувека, а человечество так и не имеет термоядерного реактора. Выяснилось, что его создание это очень трудная проблема, так как плазма – вещь достаточно неустойчивая и обладающая рядом различных особенностей.
Фундаментальные исследования по вопросу создания термоядерного реактора ведутся до сих пор, поэтому нельзя ничего сказать о сроках реализации данного проекта. В то же время, если на американской или на новой российской установке удастся провести зажигание термоядерного горючего, то после этого практически мгновенно будет начата работа по созданию термоядерного реактора.
Используемый на российской установке лазер, как и его американский аналог, будет импульсным. При этом необходимо будет решить не только саму проблему зажигания термоядерного горючего, но и значительно развить лазерные технологии, для того чтобы на практике получить так называемый импульсно-периодический лазер. Для того чтобы получать электрическую энергию от подобных установок, необходимо чтобы лазер мог стрелять с частотой примерно в 10 выстр/мин. В настоящее время таких лазеров просто нет. Но именно развитие лазерных технологий, которые будут реализованы при разработке новой российской установки, будет способствовать тому, что возникнут новые подходы, новые материалы в разработке лазеров. В мире уже делаются первые шаги в этом направлении. Уже существуют импульсные периодические системы достаточной мощности, но требуется еще время, для того чтобы были созданы новые лазерные среды, новые материалы.
При этом российская установка может дополнить те знания, которые будут получены в процессе реализации международного проекта по созданию термоядерного реактора в Карадаше. Хотя принципы используемых установок различны, процессы зажигания все равно схожи. Исследования и материалы, которые будут получены на двух этих установках, смогут дополнять друг друга.