Мощнейший лазерный комплекс могут создать совместно с Китаем

11.10.2018
Мощнейший лазерный комплекс могут создать совместно с Китаем
Присуждение Нобелевской премии по физике 2018 года Жерару Муру поможет продвижению проекта XCELS. Ж. Муру и А. Сергеев
trv-science.ru

Китай может принять участие в создании лазера XCELS под Нижним Новгородом, и это будет мощнейший лазерный комплекс в мире. Об этом, как передает ТАСС, сообщил президент РАН Александр Сергеев.

«Сейчас сложная международная обстановка, и не очень просто другие страны идут на сотрудничество с Россией. Есть сотрудничество, которое развивается с Китаем, у них тоже есть проект создания лазерной установки. И я думаю, что может быть такая коллаборация со взаимным участием — нас в их проекте, их — в нашем проекте», — сказал Александр Сергеев во время посещения Института прикладной физики (ИПФ) РАН в Нижнем Новгороде, где и планируется построить лазерную установку.

Президент РАН добавил, что финансирование проекта Россия будет вести за счет бюджетных средств, так как речь идет о развитии фундаментальной науки.

Лазерный комплекс XCELS (Exawatt Center for Extreme Light Studies), один из шести проектов megascience, которые появятся в России, будет иметь пиковую мощность излучения 0,2 ЭВт (200 ПВт). Этот уровень станет один из самых высоких в мире. Пока из шести одобренных проектов в России реализуются только два — реактор ПИК в Гатчине и ускоритель NICA в Дубне. Александр Сергеев выразил надежду, что лазерная установка может быть построена за семь-восемь лет.

«Я думаю, что присуждение Нобелевской премии по физике 2018 года Жерару Муру, который работал в Институте прикладной физики РАН, существенным образом поможет продвижению этого проекта», — отметил президент РАН. И подчеркнул, что в основе концепции будущей установки лежат, в частности, идеи нижегородских физиков. «Стимул» подробно комментировал достижения Жерара Муру и Донны Стрикленд, отмеченные Нобелевской премией.

Жерар Муру получил премию за открытие, которое стало предметом его многолетнего сотрудничества с учеными Института прикладной физики РАН. По словам члена-корреспондента РАН Ефима Хазанова, заместителя директора ИПФ, их коллега из Франции сумел решить то, что долгое время считалось нерешаемым: Жерар Муру и Донна Стрикленд сообща нашли способ, как многократно усилить лазерный импульс.

«Это сделано с помощью трех устройств: стрейчера, усилителя и компрессора, — объяснил Ефим Хазанов. — Сначала лазерный импульс растягивают во времени — в десятки тысяч раз. Для этого используют стрейчер. Как результат, мощность импульса уменьшается в десятки тысяч раз. И он перестает быть разрушительным для всего окружающего. После этого импульс усиливается, набирает нужную энергию. А затем, используя компрессор, его нужно снова сжать, чтобы мощность импульса выросла в десятки тысяч раз».

По словам Александра Сергеева, до этого ученые столкнулись с проблемой ограничения мощности: с помощью чего получать более сильное излучение, если оно разрушает лазеры, которые его создают? А мощность — это энергия, деленная на время. Идея Жерара заключалась в том, чтобы сократить время в знаменателе, то есть сделать импульс коротким. Он брал короткий импульс, растягивал его во времени в десятки и сотни тысяч раз, усиливал его энергетически, а потом снова сжимал.

«Этот принцип, — заключил президент РАН, — стал основой для создания всех мощных и сверхмощных лазеров настоящего времени. Так появились тераваттные, петаваттные лазеры».

Практические результаты этого открытия, по словам ученых, используются, в частности, в офтальмологии — в операциях по коррекции зрения, а также в металлообработке и фундаментальных исследованиях. И вот как раз на этом фундаментальном направлении видят для себя большие перспективы сотрудники нижегородского Института прикладной физики РАН. Александр Сергеев, их коллега и единомышленник (он был директором института в 2015–2017 годах), такой настрой решительно поддерживает.

Это при нем, еще в 2001 году, в ИПФ был введен в действие петаваттный лазер ПЕРЛ — на тот момент самый мощный в мире. В его основе — принцип растяжения и сжатия лазерного импульса, одно из революционных открытий в области лазерной физики, за которое Жерару Муру и присуждена Нобелевская премия 2018 года.

А в 2010 году Муру совместно с нижегородскими физиками победил в конкурсе научных мегагрантов, который был организован правительством России для поддержки своих исследователей и укрепления международных связей на ключевых научных направлениях. По словам заведующего кафедрой общей физики Нижегородского государственного университета Михаила Бакунова, Жерар Муру как приглашенный руководитель мегагранта создал на базе их университета лабораторию экстремальных световых полей, которая работает до сих пор.

В тот же период была сформирована заявка ИПФ на создание Международного центра экстремального света (XCELS). В основу была положена концепция уже действующего лазера ПЕРЛ и результаты, которые удалось на нем получить. В 2012 году заявка была одобрена комиссией под руководством президента России Владимира Путина как один из шести проектов класса megascience. Жерар Муру стал в проекте XCELS председателем международного консультативного совета.

Цель XCELS — создание крупной научной инфраструктуры: Международного центра исследований экстремальных световых полей (ЦИЭС) на базе использования источников лазерного излучения с гигантской (экзаваттного уровня) пиковой мощностью. Проект базируется на значительных успехах, достигнутых в России и мире в последнее десятилетие по созданию петаваттных лазеров (1 ПВт = 1015 Вт).

В основе планируемой инфраструктуры будет находиться новый уникальный источник света с мощностью, в сотни раз превосходящей имеющиеся сейчас лазеры. Фундаментальные процессы взаимодействия такого излучения с веществом представляют совершенно новую область знания и будут основной исследовательской задачей инфраструктуры. Наряду с этим впервые откроются возможности изучения пространственно-временной структуры вакуума и неизвестных явлений на стыке физики высоких энергий и физики сверхсильных полей. Планируемые приложения результатов исследований будут, в частности, включать в себя разработку компактных ускорителей заряженных частиц, новых источников излучений и частиц для диагностики и терапии онкологических заболеваний.

Интерес к участию в создании и эксплуатации ЦИЭС высказали министерство образования и науки Франции, Комиссариат атомной энергетики Франции, Агентство по атомной энергии Японии, ЦЕРН, Лос-Аламосская национальная лаборатория (США), Национальная лаборатория ускорителей им. Ферми (США), Институт исследования ускорителей больших энергий КЕК (Япония), Резерфордовская лаборатория (Великобритания), Институт ускорителей им. Дж. Адамса (Великобритания), Центр исследований антипротонов и ионов FAIR (Германия), Национальный институт научных исследований Канады.

С учетом планируемой программы научных исследований, уровня технологических требований к уникальному лазерному комплексу и необходимой квалификации научного и инженерно-технического персонала наиболее подходящей базой для строительства ЦИЭС представляется Институт прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде. При этом в процессе создания и эксплуатации ЦИЭС будет работать большая коллаборация российских исследовательских и образовательных центров, включая ИПФ РАН, ИПЛИТ РАН, РНЦ «Курчатовский институт», ОИЯИ, ФИАН, ИОФ РАН, ИЯФ СО РАН, ОИВТ РАН, ИЛФ СО РАН, РФЯЦ-ВНИИЭФ, МГУ, МИФИ, ННГУ, НГУ и др.