Лазер с ядерной накачкой - Nuclear pumped laser

Ядерной накачкой является лазерной накачкой с энергией деления фрагментов. Генерации среды заключена в трубу выровненной с ураном-235 и подвергают воздействию высоких потока нейтронов в ядерном реакторе ядра. Осколки деления урана создают возбужденную плазму с инверсной населенностью энергетических уровней, которая затем генерируется. Другие методы, например, He-Ar лазер, могут использовать реакцию He (n, p) H, трансмутацию гелия-3 в потоке нейтронов в качестве источника энергии или использование энергии альфа-частиц .

Эта технология позволяет достичь высоких скоростей возбуждения при малых объемах лазера.

Некоторые примеры лазерных сред:

Разработка

Исследования лазеров с ядерной накачкой начались в начале 1970-х годов, когда исследователи не смогли создать лазер с длиной волны короче 110 нм с конечной целью создания рентгеновского лазера . Когда длины волн лазера становятся такими короткими, лазеру требуется огромное количество энергии, которая также должна быть доставлена ​​за чрезвычайно короткий период времени. В 1975 году Джордж Чаплин и Лоуэлл Вуд из Ливерморской национальной лаборатории подсчитали, что «накачка лазера с энергией 10 кэВ (0,12 нм) потребует около ватта на атом» в импульсе, который составляет « 10-15 секунд. x квадрат длины волны в ангстремах ». Поскольку эта проблема была неразрешима с имеющимися материалами, а лазерный генератор не работал, исследования перешли к созданию насосов, использующих возбужденную плазму. В ранних попытках использовались мощные лазеры для возбуждения плазмы, чтобы создать еще более мощный лазер. Результаты, полученные при использовании этого метода, были неудовлетворительными и не соответствовали поставленной цели. Ученые из Ливермора впервые предложили использовать ядерную реакцию в качестве источника энергии в 1975 году. К 1980 году Ливермор рассматривал как ядерные бомбы, так и ядерные реакторы как жизнеспособные источники энергии для рентгеновского лазера. 14 ноября 1980 г. было проведено первое успешное испытание рентгеновского лазера с приводом от бомбы. Первоначально использование бомбы поддерживалось по сравнению с лазером, управляемым реактором, потому что он доставлял более интенсивный луч. Исследования Ливермора почти полностью были посвящены противоракетной обороне с использованием рентгеновских лазеров. Идея заключалась в том, чтобы установить в космосе систему ядерных бомб, каждая из которых будет приводить в действие примерно 50 лазеров. При взрыве эти лазеры могут выстрелить и теоретически уничтожить сразу несколько десятков летящих ядерных ракет. Противники этого плана нашли много недостатков в таком подходе и поставили под сомнение такие аспекты, как мощность, дальность, точность, политика и стоимость такого развертывания. В 1985 году испытание под названием «Голдстоун» показало, что передаваемая мощность меньше, чем предполагалось. Попытки сфокусировать лазер также не увенчались успехом.

Лазеры на термоядерном синтезе (лазеры, управляемые реактором) начали испытывать после того, как лазеры, управляемые бомбами, оказались успешными. Хотя исследование было непомерно дорогим (оценивается в 30 000 долларов за тест), исследование было проще, поскольку тесты можно было проводить несколько раз в день, а оборудование можно было использовать повторно. В 1984 году в ходе испытаний была получена длина волны менее 21 нм, наиболее близкая к официальному рентгеновскому лазеру. (Существует множество определений рентгеновского лазера, некоторые из которых требуют длины волны менее 10 нм). Ливерморский метод заключался в удалении внешних электронов тяжелых атомов для создания «неоноподобного» вещества. Когда тест был представлен на собрании Американского физического общества , успех теста был подтвержден экспериментом из Принстонского университета, который был лучше по размеру, стоимости, измеренной длине волны и усилению, чем тест Ливермора. Исследования в области лазеров с ядерной накачкой продолжаются и остаются на переднем крае.

Использует

Было предложено по крайней мере три использования лазеров с бомбовой накачкой.

Движение

Лазерное движение - это альтернативный метод движения, идеальный для вывода объектов на орбиту, поскольку этот метод требует меньше топлива, а это означает, что нужно запускать меньшую массу. Для этой операции идеально подходит лазер с ядерной накачкой. Запуск с использованием лазерной тяги требует высокой интенсивности, коротких импульсов, хорошего качества и высокой выходной мощности. Теоретически этим требованиям мог бы соответствовать лазер с ядерной накачкой.

Производство

Характеристики лазера с ядерной накачкой делают его идеальным для применения при глубокой сварке, резке толстых материалов, термообработке металлов, осаждении керамики из паровой фазы и производстве частиц субмикронного размера.

Оружие

Программа под названием « Проект Экскалибур » была частью Стратегической оборонной инициативы президента Рейгана . Livermore Laboratories придумала первоначальную идею, а Эдвард Теллер разработал и представил идею президенту. Было дано разрешение на реализацию проекта, хотя сообщалось, что Рейган не хотел включать ядерные устройства в национальный план против ядерных устройств. Хотя первоначальные испытания были многообещающими, результаты так и не достигли приемлемого уровня. Позже ведущих ученых обвинили в фальсификации отчетов. Спустя несколько лет проект Excalibur был закрыт.

использованная литература

  1. ^ Hecht, Джефф. «История рентгеновского лазера». Новости оптики и фотоники. Оптическое общество Америки, 2013 г. http://www.osa-opn.org/home/articles/volume_19/issue_5/features/the_history_of_the_x-ray_laser/#.UX3l-spUK0h
  2. ^ Риарден, Стивен Л. Конгресс и SDO. 21 мая 1997 г. http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a338619.pdf
  3. ^ Boody, Frederick P. "200 МВт 2,026-м He / Ar / Xe насос лазер для космических двигательных установок". Ионно-световые технологии. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1312158
  4. ^ Липинский, RJ; МакАртур, Д.А. "Применение лазеров с реакторной накачкой". Национальная лаборатория Сандии. 1 октября 1994 г. http://www.osti.gov/energycitations/product.biblio.jsp?osti_id=10186309
  5. ^ Томсен, Дитрих Э. (14 декабря 1985 г.). «Стратегическая защита рентгеновской инициативы». Бесплатная библиотека. (1985). Получено 8 мая 2013 г. с сайта http://www.thefreelibrary.com/Strategic+defense+of+X-ray+initiative.-a04060251.

внешние ссылки