Ученые НИТУ «МИСиС» создали уникальную аппаратуру для управления излучением мощных лазерных систем. Это позволяет им исследовать механизм работы управляемого термоядерного синтеза и экстремальные состояния вещества.
Российская система управления термоядерным синтезом

Ученые из НТУЦ Акустооптики НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из РФЯЦ-ВНИИЭФ создали уникальный комплекс аппаратуры для управления излучением мощных фемтосекундных лазерных систем — источников сверхсильных световых полей для задач исследования экстремальных состояний вещества и управляемого термоядерного синтеза. Авторам изобретения — молодым ученым НИТУ «МИСиС» инженеру Александру Чижикову и ведущему научному сотруднику, кандидату физико-математических наук Константину Юшкову, — была вручена премия Правительства РФ в области науки и техники за 2016 год.

В основе нового устройства лежит акустооптическое взаимодействие — дифракция лазерных импульсов на ультразвуковых волнах в кристаллах. Ученые НИТУ «МИСиС» создали уникальные алгоритмы формирования ультразвуковых волн сложной формы, которые позволяют управлять фемтосекундными импульсами. Управление является адаптивным, что необходимо для коррекции искажений импульсов при их последующем распространении и усилении в лазерной системе. В аппаратуре задействована запатентованная оптическая схема: два независимых оптических каскада акустооптического управления лазерными импульсами, что позволило ученым добиться максимальной гибкости архитектуры комплекса и расширить его функциональные возможности.

«Созданное устройство управления незаменимо в разнообразных фемтосекундных лазерных системах. Оно улучшает их ключевые технические характеристики: выходную мощность, длительность импульсов, контраст. Такие системы находят всё более широкое применение в лазерной технике, инновационных технологиях фотоники и в различных областях фундаментальной науки», рассказал директор НТЦ Акустооптики НИТУ «МИСиС» Сергей Чижиков. По его словам, особой важностью обладает аппаратно-программный комплекс для создаваемых и перспективных мощных лазерных систем класса Мega-science. Повышение энергоэффективности таких установок за счет адаптивной коррекции искажений формы импульсов позволит сократить капитальные затраты на их строительство и обслуживание. Помимо этого, комплекс откроет для ученых широкие возможности адаптивного управления режимами работы уникальных мощных лазерных установок.

Созданный аппаратно-программный комплекс предназначен для строящейся в России установки инерциального термоядерного синтеза нового поколения. Он повысит интенсивность излучения диагностических каналов установки без увеличения потребляемой энергии. Благодаря гибкости архитектуры, разработанная аппаратура имеет широкие перспективы применения и на других сверхмощных лазерных системах.

Управляемый термоядерный синтез — одно из основных перспективных направлений «альтернативной» энергетики. Главной целью ученых является контролируемое и воспроизводимое осуществление в лабораторных условиях термоядерных реакций преобразования изотопов водорода в гелий, являющихся основным источником энергии Солнца и звёзд.

Идея лазерного термоядерного синтеза заключается в нагреве и сжатии мишени, представляющей собой миниатюрную капсулу термоядерного топлива, при помощи мощного короткого лазерного импульса. Лазерные импульсы решают две важные задачи: мощные импульсы осуществляют непосредственно «силовое» воздействие на мишень, а последовательность более коротких импульсов позволяет измерять состояние мишени в процессе сжатия. На создание устройства у разработчиков ушло около 7 лет.