Изследователи от САЩ и Германия разработват усъвършенстван лазер за термоядрена електроцентрала

Две от водещите изследователски институции в света обединяват своя опит, за да преминат успешно от экспериментален етап към промишлени приложения на лазерно ускорения термоядрен синтез с инерционно задържане. В рамките на проекта ICONIC-FL (International Cooperation on Next Generation Inertial Fusion Lasers – Международно сътрудничество в областта на лазерите за инерционен термоядрен синтез от следващо поколение) специалисти от САЩ и Германия разработват високоенергийни лазери, способни да задействат реакция на термоядрен синтез и да работят с максимална ефективност в денонощна електроцентрала.

Инженерите от Националния комплекс за лазерна термоядрена реакция на САЩ работят по решаването на проблеми на физиката на плазмата, като например условията, необходими за нагряване на деутериево-тритиево термоядрено гориво до температури от над 100 милиона градуса по Целзий, компресирането му и стартирането на самоподдържаща се термоядрена реакция. Пробивът в тази област бе осъществен през 2022 г. и оттогава насам Комплексът многократно демонстрира приложимостта на концепцията с все по-нарастващи енергийни добиви. Едно-единствено запалване за бъдещата електроцентрала обаче няма да е достатъчно. Ще са необходими още приблизително 15 лазерни импулса в секунда. Това ще изисква диодно напомпвани твърдотелни лазери (DPSS), способни да произвеждат десетки импулси в секунда.

Два водещи центъра за лазерни технологии – Националната лаборатория Ливърмор (САЩ) и Институтът за лазерни технологии „Фраунхофер“ (Германия) – обединяват усилията си за разработване на такива лазери: американците предоставят дългогодишен опит в областта на високоенергийните лазерни технологии, а базираният в Аахен институт ще помогне за разработването и промишленото разширяване на DPSSL.

Целта на проекта ICONIC-FL е да се моделират възможно най-подробно етапите на работа на високоенергийните лазери, като се постави основата за по-нататъшно проектиране, се посочва в съобщението за пресата. В частност учените са се фокусирали върху най-важното: лазерните усилватели, които ускоряват първоначално слабия лазерен импулс до енергията, необходима за термоядрен синтез. Лазерната среда, използвана за тази цел, представлява купчина пластини, изработени от лазерно стъкло или кристали с площ до 40 cm x 40 cm и дебелина няколко милиметра – по време на работа те се охлаждат от прозрачна охлаждаща среда. Плочите на усилвателя са подложени на огромно топлинно и оптично натоварване.

„Двадесет и четиричасовата работа води до нагряване, пречупващи ефекти и аберации, които могат да изкривят лазерния лъч. Дори и най-малките, непредвидими ефекти тук са значителни и водят или до намалена ефективност, или до пряко увреждане на оптиката. Искаме да разберем какво точно се случва във всяка отделна пластинка, за да можем след това да моделираме сложни пакети от пластинки с висока точност“,

обяснява Йоханес Вайтенберг, ръководител на проекта от Института за лазерни технологии.

В рамките на проекта двата екипа ще комбинират своите инструменти за моделиране, за да създадат по-подробни и реалистични модели. Те ще сравняват и валидират резултатите, получени с различните модели, приложени към едни и същи лазерни проекти, но няма да споделят общ код, за да получат по-точни и надеждни резултати.