Лаборатория лазерной энергетики ( LLE ) является научно-исследовательским учреждением, которое является частью южного кампуса Рочестерского университета , расположенного в Брайтоне, штат Нью-Йорк . Лаборатория была основана в 1970 году, ее деятельность совместно финансировалась Министерством энергетики США , Рочестерским университетом и правительством штата Нью-Йорк . Лазерная лаборатория была уполномочена исследовать физику высоких энергий, включающую взаимодействие чрезвычайно интенсивного лазерного излучения с веществом. Научные эксперименты на объекте подчеркивают инерционное удержание , прямой привод, лазерно-индуцированный термоядерный синтез , фундаментальную физику плазмы и астрофизику с использованием лазерной установки OMEGA. В июне 1995 года OMEGA стал самым высокоэнергетическим ультрафиолетовым лазером в мире. [1] Лаборатория делит свое здание с Центром оптоэлектроники и визуализации и Центром оптического производства. Центр исследований сверхвысокой интенсивности лазеров имени Роберта Л. Спроулла был открыт в 2005 году и в нем размещается лазер OMEGA EP, строительство которого было завершено в мае 2008 года.
По состоянию на 2022 год более 270 докторских степеней были присуждены [обновлять]за исследования, проведенные в LLE. [2] [3] В летние месяцы лаборатория спонсирует местных учащихся старших классов, участвующих в исследованиях в лаборатории, при этом большинство их проектов возглавляют старшие научные сотрудники лаборатории. [4]
LLE была основана в кампусе Рочестерского университета в 1970 году доктором Моше Любиным. [5] [6] Работая с внешними компаниями, такими как Kodak, команда построила Delta, четырехлучевую лазерную систему в 1972 году. Строительство началось на нынешнем месте LLE в 1976 году. [5] В 1978 году на объекте была открыта шестилучевая лазерная система, а два года спустя — 24-лучевая система. В 2018 году Донна Стрикленд [7] и Жерар Муру разделили Нобелевскую премию за работу, которую они провели в 1985 году, работая в LLE. [8] Они изобрели метод усиления лазерных импульсов с помощью «чирпа» , за который они разделили Нобелевскую премию по физике 2018 года . Этот метод рассеивает короткий широкополосный импульс лазерного света во временно более длинный спектр длин волн. Система усиливает лазер на каждой длине волны, а затем восстанавливает луч в один цвет. Усиление импульсов с чирпом стало инструментом в создании Национального центра зажигания и системы OMEGA EP. В 1995 году система OMEGA Laser была увеличена до 60 лучей, а в 2008 году была открыта система OMEGA Extended Performance (OMEGA EP).
The Guardian и Scientific American представили упрощенное резюме работы Стрикленда и Муру: она «проложила путь к самым коротким и интенсивным лазерным лучам, когда-либо созданным». «Сверхкороткие, сверхострые лучи могут использоваться для выполнения чрезвычайно точных разрезов, поэтому их метод теперь используется в лазерной обработке и позволяет врачам выполнять миллионы корректирующих» лазерных операций на глазах . [9] [10]
Лазер OMEGA — это лазерное устройство в LLE, созданное для проведения экспериментов по инерционному термоядерному синтезу с прямым приводом . Это 60-лучевой ультрафиолетовый лазер на неодимовом стекле с утроенной частотой , который способен вырабатывать 40 килоджоулей при мощности до 60 тераватт , что делает его одним из самых мощных и высокоэнергетических лазеров в мире. Лазерный свет может быть сфокусирован на сферической мишени диаметром менее 1 миллиметра [11], подвешенной в сферической вакуумной камере диаметром 3,3 метра. [12]
Первоначальное строительство и ввод в эксплуатацию лазера были завершены в 1980 году в рамках контракта на 21 миллион долларов США между Университетом Рочестера и Министерством энергетики США. В то время это была 24-лучевая система мощностью 15 тераватт. [13] Она была модернизирована между 1990 и 1995 годами за 61 миллион долларов США в 60-лучевую систему, которая существует сегодня. [12] OMEGA удерживала рекорд по самой высокой энергии лазера (за импульс) с 1999 года (после демонтажа лазера Nova ) по 2005 год, когда первые 8 лучей Национального центра зажигания превысили выход OMEGA примерно на 30 кДж в ультрафиолете.
OMEGA используется для экспериментов по инерционному термоядерному синтезу с прямым приводом, в которых лазеры сжимают мишень, заполненную термоядерным топливом, образуя плотную горячую область в центре, в которой происходят реакции ядерного синтеза . OMEGA когда-то удерживала рекорд по самому высокому выходу нейтронов среди всех устройств инерционного термоядерного синтеза. [ необходима цитата ] Она продемонстрировала выход более 5×10 13 реакций за имплозию при внутреннем давлении более 50 гигабар. [14]
Лазерная система OMEGA EP (расширенная производительность) — это независимо работающее лазерное устройство и расширение OMEGA, выделенное 16 мая 2008 года с целью изучения передовых методов зажигания. [15] Она содержит четыре лазерных луча типа NIF , каждый из которых способен выдавать до 1,6 килоджоулей энергии, а также новую целевую камеру. Два луча имеют решетки сжатия импульсов, позволяющие использовать импульсы длительностью до 1 пикосекунды. [16] Лазер размещен внутри пристройки 2005 года.
Хотя OMEGA EP обычно работает отдельно от OMEGA, его два коротких импульсных луча также могут быть объединены и направлены в целевую камеру OMEGA, в дополнение к 60 существующим пучкам OMEGA. Высокая мощность этих пучков в сочетании с их способностью независимо синхронизироваться позволяет проводить интегрированные эксперименты по быстрому зажиганию , в которых лазер OMEGA сжимает сферическую мишень, полную термоядерного топлива, а затем OMEGA EP направляет пучок электронов в ее центр, запуская термоядерный процесс . Сочетание лазерных систем OMEGA и OMEGA EP делает LLE единственной в мире полностью интегрированной криогенной экспериментальной установкой быстрого зажигания. [17]
LLE находится в Университете Рочестера и управляется им . [18] OMEGA и OMEGA EP являются пользовательскими объектами, открытыми для использования всем научным сообществом . [19]
Главным спонсором LLE является Министерство энергетики / Национальное управление по ядерной безопасности (DOE/NNSA) Управление оборонных программ. Архивировано 20 апреля 2015 г. на Wayback Machine , которое поддерживает его программы по управлению запасами и передовые научные вычисления. [19] [18]
Лаборатория имеет пять основных задач: [20]
