Laser Mégajoule ( LMJ ) — это большое исследовательское устройство инерционного термоядерного синтеза (ICF) на основе лазера недалеко от Бордо , Франция , построенное французским управлением ядерной науки Commissariat à l'Energie Atomique (CEA).
Laser Mégajoule планирует доставить более 1 МДж лазерной энергии к своим целям, сжимая их до плотности, примерно в 100 раз превышающей плотность свинца. Он примерно в два раза менее энергичен, чем его американский аналог, National Ignition Facility (NIF). Laser Mégajoule — крупнейший эксперимент ICF за пределами США.
Основной задачей Laser Mégajoule будет уточнение расчетов термоядерного синтеза для собственного ядерного оружия Франции . [1] Часть времени системы отводится для экспериментов в области материаловедения. [2]
Строительство LMJ заняло 15 лет и обошлось в 3 миллиарда евро. [3] Он был объявлен введенным в эксплуатацию 23 октября 2014 года, когда на нем был проведен первый набор экспериментов, связанных с ядерным оружием.
Laser Mégajoule использует серию из 22 лазерных «лучевых линий». Они организованы в четыре отдельных «зала», по два рядом друг с другом по обе стороны экспериментальной зоны в центре. Два зала имеют пять линий, два других — шесть. [4]
Лазерная генерация начинается в четырех оптоэлектронных лазерах, по одному на каждый зал. Лазерный свет от этих источников усиливается в серии из 120 модулей предусилителя (PAM), выходя из PAM в виде квадратного луча размером около 40 на 40 миллиметров (1,6 на 1,6 дюйма). Система устроена так, что лучи из PAM отправляются в усилители группами по восемь, расположенными как две группы по четыре луча, «четверка», одна четверка над другой. Это позволяет каждой линии усилителя производить восемь отдельных лучей. Напротив, NIF использует отдельные усилители для каждого из своих 192 лучей. [4]
Каждый лучевой канал содержит два основных стеклянных усилителя, которые оптически накачиваются с помощью ксеноновых ламп-вспышек . Для того, чтобы извлечь больше мощности из усилителей, которые не особенно эффективны в передаче мощности лучу, лазерный импульс посылается через усилители дважды с помощью оптического переключателя перед зеркалом. [4]
Когда усиление завершено, лучи направляются к «концу линии», ближайшему к целевой камере в центре здания. Каждый луч отражается от ряда из шести зеркал, чтобы перестроить их из параллельной ориентации в лучевых линиях, которые будут расположены вокруг целевой камеры. Затем лучи проходят через оптический умножитель частоты , чтобы усилить частоту до ультрафиолета . Наконец, они фокусируются примерно до 0,25 миллиметра (0,0098 дюйма) перед входом в целевую камеру. [4]
Экспериментальная камера состоит из сферы диаметром 10 метров (33 фута) из алюминия толщиной 10 сантиметров (3,9 дюйма), весом около 140 тонн. Она покрыта 40-сантиметровым (16 дюймов) слоем борированного бетона, который образует биологическую защиту. [5]
Как и NIF, LMJ намеревается использовать подход « косвенного привода », где лазерный свет используется для нагрева цилиндра с высоким Z , сделанного из какого-либо тяжелого металла (часто золота ), известного как « хольраум ». Затем хольраум испускает рентгеновские лучи , которые используются для нагрева небольшой топливной таблетки, содержащей дейтерий - тритиевое (DT) термоядерное топливо. [6]
Хотя значительная часть энергии лазера теряется на нагрев хольраума, рентгеновские лучи гораздо эффективнее при нагреве топливной таблетки, что делает метод непрямого привода применимым к исследованиям ядерного оружия. Рентгеновские лучи нагревают внешний слой таблетки так быстро, что он взрывается наружу, заставляя остаток таблетки вдавливаться внутрь и заставляя ударную волну проходить через таблетку к середине. Когда ударная волна сходится со всех сторон и встречается в середине, плотность и температура на короткое время достигают критерия Лоусона и запускают реакции термоядерного синтеза. Если скорость реакций достаточно высока, тепло, выделяемое этими реакциями, также заставит окружающее топливо расплавиться. Это продолжается до тех пор, пока большая часть топлива в таблетке не будет израсходована. Этот процесс известен как «зажигание» и долгое время был целью исследователей термоядерного синтеза.
Строительство Laser Mégajoule началось с одного прототипа линии пучка, известного как Ligne d'Intégration Laser ( линия лазерной интеграции ), или LIL , работающего от 450-мегаджоулевого энергетического банка. По сути, это была уменьшенная версия линий в основной конструкции, с четырьмя лучами вместо восьми. Она была запущена в эксплуатацию в 2002 году, сделала 1595 импульсов и провела 636 экспериментов, прежде чем была закрыта в феврале 2014 года. Ее последний эксперимент был проведен LULI, Ecole Polytechnique и CELIA в Университете Бордо. [7]
LMJ откладывался несколько раз, но только на короткие периоды. Планировалось, что он вступит в эксплуатацию в начале 2014 года, [8] график был перенесен на декабрь, [9] но в конечном итоге снова перенесен на октябрь. [10]
44°38′30.88″с.ш. 0°47′15.91″з.д. / 44.6419111°с.ш. 0.7877528°з.д. / 44.6419111; -0.7877528