Лазер с ядерной накачкой накачивается энергией осколков деления . Среда генерации заключена в трубку, облицованную ураном-235, и подвергается высокому потоку нейтронов в активной зоне ядерного реактора . Осколки деления урана создают возбужденную плазму с инверсной заселенностью энергетических уровней, которая затем генерирует лазерную генерацию. Другие методы, например, лазер He-Ar, 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 малых объемах лазера.
Некоторые примеры лазерных сред:
Исследования в области 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 длины волн лазера становятся такими короткими, лазеру требуется огромное количество энергии, которая также должна быть доставлена за чрезвычайно короткий промежуток времени. В 1975 году Джордж Чаплайн и Лоуэлл Вуд из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса подсчитали , что «накачка лазера с длиной волны 10 кэВ (0,12 нм) потребует около ватта на атом» в импульсе, который был бы «10 −15 секунд x квадрат длины волны в ангстремах». Поскольку эта проблема была неразрешима с имеющимися материалами, а лазерный генератор не работал, исследования перешли к созданию насосов, которые использовали возбужденную плазму. Ранние попытки использовали мощные лазеры для возбуждения плазмы с целью создания еще более мощного лазера. Результаты с использованием этого метода были неудовлетворительными и не достигли 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 в качестве жизнеспособных источников энергии для рентгеновского лазера. 14 ноября 1980 года было проведено первое успешное испытание рентгеновского лазера с питанием от бомбы. Первоначально использование бомбы было поддержано по сравнению с использованием лазера с питанием от реактора, поскольку она давала более интенсивный луч. Исследования Ливермора были почти полностью посвящены противоракетной обороне с использованием рентгеновских лазеров. Идея состояла в том, чтобы установить систему ядерных бомб в космосе, где каждая из этих бомб будет питать примерно 50 лазеров. После детонации эти лазеры будут стрелять и теоретически уничтожать несколько десятков приближающихся ядерных ракет одновременно. Противники [ кто? ] этого плана нашли много недостатков в таком подходе и подвергли сомнению такие аспекты, как мощность, дальность, точность, политика и стоимость таких развертываний. В 1985 году тест под названием «Goldstone» показал, что выдаваемая мощность меньше, чем предполагалось. Попытки сфокусировать лазер также не увенчались успехом.
Лазеры термоядерного синтеза (лазеры, работающие на реакторе) начали испытываться после того, как лазеры, работающие на бомбе, оказались успешными. Хотя они были слишком дорогими (оценивается в 30 000 долларов за тест), исследования были проще, поскольку тесты можно было проводить несколько раз в день, а оборудование можно было использовать повторно. В 1984 году в ходе теста были достигнуты длины волн менее 21 нм, что ближе всего к официальному рентгеновскому лазеру. (Существует много определений рентгеновского лазера, некоторые из которых требуют длины волны менее 10 нм). Метод Ливермора заключался в удалении внешних электронов в тяжелых атомах для создания «неоноподобного» вещества. Когда его представили на собрании Американского физического общества , успех теста 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 продолжались, и он остается на переднем крае этой области. [1] [2]
Было предложено по крайней мере три варианта использования лазеров с бомбовой накачкой.
Лазерное движение — это альтернативный метод движения, идеальный для запуска объектов на орбиту, так как этот метод требует меньше топлива, а значит, меньшая масса должна быть запущена. Лазер с ядерной накачкой идеально подходит для этой операции. Запуск с использованием лазерного движения требует высокой интенсивности, коротких импульсов, хорошего качества и высокой выходной мощности. Лазер с ядерной накачкой теоретически мог бы соответствовать 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, получившая название «Проект Экскалибур» , была частью Стратегической оборонной инициативы президента Рейгана . Первоначальная идея была задумана Ливерморскими лабораториями, а Эдвард Теллер разработал и представил ее президенту. Было дано разрешение на реализацию проекта, хотя сообщалось, что Рейган не хотел включать ядерные устройства в национальный план по борьбе с ядерными устройствами. Хотя первоначальные испытания были многообещающими, результаты так и не достигли приемлемого уровня. Позже ведущие ученые были обвинены в фальсификации отчетов. Проект Экскалибур был отменен несколько лет спустя. [5]