Hamamatsu Photonics объявляет об успешном создании установки по воспроизводству лазерных импульсов с энергией 100 Дж при частоте 10 Гц

Чтобы сделать лазерный термоядерный синтез практичным, термоядерное топливо должно эффективно облучаться импульсным лазером, который воспроизводит 1 МДж при высокой частоте следования импульсов 10 Гц. В компании считают, что создание такой технологии является важным этапом, и результаты данного исследования помогут нам продвинуться к этой цели.

Лазерная система импульсного лазерного излучения 100 Дж, 10 Гц

Система использует несколько усилителей для повышения энергии лазерного излучения генератора с частотой 10 Гц с 1 мкДж до 100 Дж.

Ядерный синтез – это реакция, в которой атомные ядра сливаются вместе с образованием более тяжелого ядра, выделяя огромное количество энергии в процессе синтеза. Лазерный термоядерный синтез – это технология, которая создает ядерный синтез путем облучения топливных капсул, содержащих дейтерий и тритий, мощными лазерами.

Практический лазерный синтез требует импульсных лазеров с энергией до 1 МДж для облучения термоядерного топлива с высокой частотой повторения 10 Гц. Для достижения этой цели Hamamatsu занимается исследованиями и разработкой высокоэнергетических импульсных лазерных систем с высокой частотой повторения с использованием лазерных усилителей, в которых лазерная среда накачивается модулями LD и высокоэффективно охлаждается газообразным гелием.

В 2021 году в сотрудничестве с Организацией по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO), которая является национальным агентством Японии по исследованиям и разработкам, в компании разработали импульсную лазерную систему, которая производит лазерные импульсы мощностью 250 джоулей с частотой 0.2 Гц и средней выходной мощностью 50 Вт, что является самым высоким уровнем энергии в мире среди лазеров с LD-накачкой. С тех пор ведется работа над увеличением частоты следования импульсов. Однако увеличение частоты также повышает температуру лазерной среды и ухудшает ее оптические характеристики. Чтобы справиться с этой ситуацией, был усовершенствован механизм охлаждения лазерной среды, увеличив поток газообразного гелия и таким образом повысив мощность охлаждения. Также была оптимизирована мощность LD-модулей накачки, чтобы предотвратить повышение температуры лазерной среды. Это привело к минимальному ухудшению характеристик лазерной среды и успешному выводу импульсного лазера мощностью 100 Дж на частоте 10 Гц со средней выходной мощностью 1 кВт.

Результаты этого исследования подтвердили возможность увеличения средней выходной мощности путем масштабирования лазерной системы и помогли продвинуться вперед в создании технологии получения лазерных импульсов мощностью 1 кДж на частоте 10 Гц, что рассматривается как важная веха на пути к практическому лазерному синтезу. Ожидается, что эти результаты также будут способствовать новым исследованиям в области фундаментальной науки.

В качестве следующего шага продолжаются исследования и разработки, чтобы создать технологию получения лазерных импульсов в 250 Дж с частотой 10 Гц.

Для практического осуществления ядерного синтеза были предложены два метода. Один из них использует ограниченные магнитные поля, а другой – лазеры. Метод с использованием лазеров считается более вероятным, чем метод с использованием магнитных полей, для создания более компактного термоядерного реактора и является предметом интенсивных исследований и разработок с 1970-х годов, в основном в США, Японии и Европе. В крупных исследовательских центрах лазерного термоядерного синтеза по всему миру проводятся крупномасштабные демонстрационные эксперименты с использованием крупномасштабного лазерного оборудования с ламповой накачкой с целью достижения высокого коэффициента усиления для увеличения выходной энергии примерно в 100 раз по сравнению с входной энергией. Однако количество лазерных облучений ограничено несколькими разами в день из-за времени, необходимого для охлаждения лазерной среды. По современным представлениям, чтобы сделать лазерный термоядерный синтез практичным, термоядерные реакции должны происходить с высокой частотой повторения, а генерируемая энергия должна извлекаться непрерывно. Цель Hamamatsu – создать технологию облучения термоядерного топлива импульсным лазером мощностью 1 МДж с частотой 10 Гц.

Технические характеристики системы: