Специалисты Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) установили, что изменение характеристик лазерного излучения способно повысить надёжность и мощность Национальной установки зажигания (NIF). Это крупнейший в мире комплекс, предназначенный для экспериментов по инерциальному термоядерному синтезу.
В качестве ключевого метода оптимизации учёные предлагают переход от традиционной линейной поляризации к круговой.
Система NIF состоит из 192 лазеров. Лучи должны с предельной точностью проходить через отверстия диаметром всего 3 мм, попадая в полость размером около 2 см. Именно в этой зоне создаются условия, необходимые для запуска термоядерной реакции. Внутри плазмы лучи взаимодействуют, перераспределяя энергию — этот процесс называют перекрёстной передачей энергии между пучками (CBET). Точное управление этим эффектом стало решающим фактором для достижения воспламенения топлива на NIF.
Команда исследователей проанализировала, как на процесс CBET повлияет отказ от изменения длины волны в пользу замены линейной поляризации на круговую. Согласно результатам компьютерного моделирования, круговая поляризация эффективно сглаживает различия в распределении энергии между пучками, которые входят в камеру под одинаковыми углами.
Такой подход позволяет снизить риск возникновения обратного рассеяния — опасных нестабильностей, способных вывести из строя дорогостоящую оптику. Пьер Мишель, руководивший исследованием, отметил, что минимизация обратного рассеяния создаёт предпосылки для работы лазерной системы на повышенных мощностях.
Тем не менее, внедрение этой технологии на практике сопряжено с серьёзными трудностями. Для преобразования линейно поляризованного света в круговой необходима специальная четвертьволновая пластина. По словам главного инженера лазерных систем NIF Жан-Мишеля Ди Никола, на текущий момент не существует простых способов создания подобного оптического элемента с габаритами и параметрами, подходящими для NIF. В качестве перспективного решения рассматривается использование запатентованной метаповерхностной технологии.
На текущем этапе выводы, опубликованные в журнале Physics of Plasmas, базируются исключительно на результатах моделирования. В дальнейшем планируется проведение экспериментов на более компактной базе Jupiter Laser Facility, а также доработка вычислительных моделей.
Если гипотеза будет подтверждена на практике, корректировка поляризации станет сравнительно доступным способом значительно повысить эффективность и стабильность лазерных систем, от которых зависит будущее управляемого термоядерного синтеза.
