Лазер с ядерной накачкой осуществляет лазерную накачку энергией осколков деления . Лазерная среда заключена в трубку, футерованную ураном-235 , и подвергается воздействию высокого потока нейтронов в активной зоне ядерного реактора . Осколки деления урана создают возбужденную плазму с инверсной заселенностью энергетических уровней, которая затем генерирует лазеры. Другие методы, например He-Ar лазер, могут использовать реакцию He(n,p)H, трансмутацию гелия-3 в потоке нейтронов в качестве источника энергии или использовать энергию альфа-частиц .
Эта технология позволяет достичь высоких скоростей возбуждения при небольших объемах лазера.
Некоторые примеры лазерных сред:
Исследования лазеров с ядерной накачкой начались в начале 1970-х годов, когда исследователи не смогли создать лазер с длиной волны короче 110 нм с конечной целью создания рентгеновского лазера . Когда длина волны лазера становится такой короткой, лазеру требуется огромное количество энергии, которую также необходимо доставить за чрезвычайно короткий период времени. В 1975 году Джордж Чаплайн и Лоуэлл Вуд из Ливерморской национальной лаборатории подсчитали , что «для накачки лазера с энергией 10 кэВ (0,12 нм) потребуется около ватта на атом» при импульсе длительностью «10–15 секунд » . x квадрат длины волны в ангстремах». Поскольку с имеющимися материалами эту проблему было невозможно решить, а лазерный генератор не работал, исследования перешли к созданию насосов, использующих возбужденную плазму. Ранние попытки использовали мощные лазеры для возбуждения плазмы и создания еще более мощного лазера. Результаты использования этого метода были неудовлетворительными и не соответствовали цели. Ученые Ливермора впервые предложили использовать ядерную реакцию в качестве источника энергии в 1975 году. К 1980 году Ливермор рассматривал как ядерные бомбы, так и ядерные реакторы как жизнеспособные источники энергии для рентгеновского лазера. 14 ноября 1980 года было проведено первое успешное испытание рентгеновского лазера на базе бомбы. Первоначально было поддержано использование бомбы, а не лазера с приводом от реактора, поскольку он давал более интенсивный луч. Исследования Ливермора почти полностью были посвящены противоракетной обороне с использованием рентгеновских лазеров. Идея заключалась в том, чтобы разместить в космосе систему ядерных бомб, каждая из которых будет питать примерно 50 лазеров. При взрыве эти лазеры должны были выстрелить и теоретически уничтожить сразу несколько десятков приближающихся ядерных ракет. Оппоненты [ кто? ] этого плана обнаружил много недостатков в таком подходе и поставил под сомнение такие аспекты, как мощность, дальность, точность, политика и стоимость такого развертывания. В 1985 году испытание под названием «Голдстоун» показало, что передаваемая мощность оказалась меньше, чем предполагалось. Попытки сфокусировать лазер также не увенчались успехом.
Испытания термоядерных лазеров (лазеров с реакторным приводом) начались после того, как лазеры с приводом от бомб оказались успешными. Хотя исследование было непомерно дорогим (по оценкам, 30 000 долларов за тест), оно было проще, поскольку тесты можно было проводить несколько раз в день, а оборудование можно было использовать повторно. В 1984 году в ходе испытаний были достигнуты длины волн менее 21 нм, что было наиболее близко к официальному рентгеновскому лазеру. (Существует множество определений рентгеновского лазера, некоторые из которых требуют длины волны менее 10 нм). Метод Ливермора заключался в удалении внешних электронов из тяжелых атомов для создания «неонового» вещества. Когда этот тест был представлен на собрании Американского физического общества , его успех разделил эксперимент из Принстонского университета, который был лучше по размеру, стоимости, измеренной длине волны и усилению, чем тест Ливермора. Исследования в области лазеров с ядерной накачкой продолжаются и остаются на переднем крае этой области. [1] [2]
Было предложено как минимум три варианта использования лазеров с бомбовой накачкой.
Лазерное движение — это альтернативный метод движения, идеально подходящий для вывода объектов на орбиту, поскольку этот метод требует меньше топлива, а это означает, что необходимо запускать меньшую массу. Лазер с ядерной накачкой идеально подходит для этой операции. Запуск с использованием лазерной тяги требует высокой интенсивности, коротких импульсов, хорошего качества и высокой выходной мощности. Лазер с ядерной накачкой теоретически способен удовлетворить этим требованиям. [3]
Характеристики лазера с ядерной накачкой делают его идеальным для применения при глубокой сварке, резке толстых материалов, термообработке металлов, осаждении керамики из паровой фазы и производстве частиц субмикронного размера. [4]
Программа под названием « Проект Экскалибур » была частью Стратегической оборонной инициативы президента Рейгана . Ливерморские лаборатории придумали первоначальную идею, а Эдвард Теллер разработал и представил идею президенту. Было дано разрешение на реализацию проекта, хотя сообщалось, что Рейган не хотел включать ядерные устройства в национальный план борьбы с ядерными устройствами. Хотя первоначальные испытания были многообещающими, результаты так и не достигли приемлемого уровня. Позже ведущих ученых обвинили в фальсификации отчетов. Проект Экскалибур был отменен несколько лет спустя. [5]