В России строят «фабрику фотонов»
Одним из самых интересных проектов, который реализуется сегодня в Национальном исследовательском институте «МИФИ» является создание уникальной многофункциональной лазерной установки килоджоульного уровня «ЭЛЬФ» (ЭЛЬФ – Экспериментальная Лазерно-Физическая установка; англ.: ELF – Experimental Laser Facility). Этот лазер нужен и мировой науке, но нужен он и университету, поскольку крупные, желательно уникальные установки сегодня являются необходимой принадлежностью любого университета, который претендует занять видной место в мировой науке. Создание установки поддержано программой Приоритет-2030.
Оборудование, подобное «ЭЛЬФу» выполняет три функции: во-первых, оно должно позволять получать научные результаты мирового уровня, которые бы воплощались в высокоцитируемых публикациях; во-вторых, оно должно позволять обучать студентов работе на мощных, дорогостоящих установках, аналогичными тем, с которыми им придется иметь дело в научных коллективах после выпуска; и в-третьих оно должно способствовать включению университета в мировую научную повестку.
Идея заключалась в том, чтобы создать не просто мощный лазер, а лазер с «пользовательским интерфейсом», который мог бы пригодиться в исследованиях ученым из разных лабораторий и институтов. То есть, установка должна поставщиком «универсальной научной услуги». Дело в том, что сегодня мощные лазеры могут использоваться в экспериментах в самых разных научных областях – таких как, термоядерный синтез, физика плазмы, экстремальные состояния вещества и даже лабораторная астрофизика. Последняя область, получившая популярность в последнее время, пожалуй, особенно интересна – она предполагает моделирование с помощью лазеров в лабораторных условиях процессов, подобных тем, что происходят в недрах звезд и при взрывах сверхновых, и таким образом делать вывод о физике вселенной. По словам директора Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Андрея Кузнецова, «ЭЛЬФ» должен работать в режиме «фабрики фотонов», вырабатывая лазерные импульсы по «заказам» работающих на нем ученых, которые могут запросить лазерное излучение с определенными параметрами – нужной энергии, спектра, длительности и временной формы импульса, а также с набором сопутствующих диагностик.
В мире лазерные установки килоджоульной мощности как правило создаются странами, которые обладают технологиями для создания еще более мощных установок мегаджоульной мощности. Таких стран в мире сейчас пять: США, Франция, Россия, Китай и Япония, а аналогичная установка в Германии сделана из элементов, оставшихся от демонтированного американского лазера. При этом университетские установки часто работают «в паре» с национальными установками мегауровная. Это относится и к тому лазеру, который установлен во Франции в École polytechnique, и к тому что имеется в США в Рочестерском университете. Дело в том, что эксперимент на установке мегаджоульной мощности может стоить миллионы долларов, но его можно существенно удешевить, если некоторые «компоненты» эксперимента – например предполагаемые режимы – отработать «в малых масштабах» на университетских лазерах. Между тем, в Сарове специалистами ВНИИЭФ уже создается лазерная мегаустановка УФЛ-2м, «дополнительной» по отношению к которой и будет «ЭЛЬФ». Кстати, тесное взаимодействие лазерных мегаустановок с атомной энергетикой также является мировой традицией.
Идея создания «ЭЛЬФа» появилась примерно в 2015 году. В 2018 она получила поддержку Академии наук, в 2020 году было заключено соглашение о создании лазерной установки межу НИЯУ МИФИ, ВНИИЭФ и Институтом общей физики РАН (позже к этому же соглашению подключился ФИАН). В 2021 году проект получил поддержку программы «Приоритет 2030».
Основой для «ЭЛЬФа» стала элементная база уже существующей в Сарове килоджоульной лазерной установки «Луч», которая частично демонтируется (из 4 каналов в ней остается 2). Однако, речь не идет о создании копии «Луча». За последние два года рабочая группа, состоящая из сотрудников ВНИИЭФ и НИИ МИФИ предложила оригинальную схему усиления лазерного излучения. Если в стандартной схеме «Луча» можно было генерировать лазерный импульс с энергией порядка одного килоджоуля, то в «ЭЛЬФЕ», если верить расчетам, при тех же затратах входящей энергии можно увеличить энергию импульса до 6 килоджоулей. Это недостижимый уровень энергии для подобных установок. Именно поэтому «ЭЛЬФ» должен стать уникальным научным оборудованием.
Планируется, что у «ЭЛЬФа» будет два канала: один будет генерировать импульс с точностью до 10-20 наносекуд, второй еще более «прецезионный» – с пикосекундной длительностью импульсов, и это тоже делает установку уникальной: в мире вообще ощущается дефицит лазеров килоджоульной мощности, а установки, в которых бы можно было бы одновременно использовать два пучка нано- и пикосекудной длительности в мире нет вообще. Уникальные свойства «ЭЛЬФа позволят ему «работать» в рамках исследований, недоступных для других существующих лазерных установок, изучать свойства материалов при высокоскоростном деформировании, распространение в веществе ударных волн, изучать многие свойства горячей плазмы, которые могут пригодиться и астрофизикам и при проектировании термоядерных реакторов.
В настоящее время происходит создание инфраструктуры под размещение лазера. Установка разместится на первом этаже научно-лабораторного корпуса НИЯУ МИФИ в помещениях общей площадью 600 квадратных метров, а ее сердцем будет «Лазерный зал» площадью 300 квадратных метров где в условиях «чистой зоны» разместится крупногабаритное лазерно-оптическое оборудование.
Источник: Пресс-служба Национального исследовательского ядерного университета МИФИ
