Лазерный термоядерный синтез: историческое
Как я уже писала в посте о NIF, использовать для управляемого термоядерного синтеза лазер предложили 1961-м или 1962-м один из его создателей академик Н.Г. Басов и О.Н. Крохин на заседании Президиума АН СССР. Затем, в 1963 году, эта идея была представлена Басовым на Международной конференции по квантовой электронике в Париже.
Вот отрывок из книги "Физика лазерного термоядерного синтеза", Н.Г. Басова, И.Г. Лебо, В.Б. Розанова, в котором говорится о начале последовавших за этим работ:
"Остановимся кратко на истории создания и современном состоянии проблемы разработки мощных лазерных систем для исследования по ЛТС. В работе, опубликованной в 1964 году (авторы Н.Г. Басов и О.Н. Крохин), впервые была показана возможность нагрева плазмы лазерным излучением до термоядерных температур, а сама идея применения лазеров для этих целей была высказана впервые одним из авторов книги в докладе на заседании Президиума Академии наук СССР в 1961 году. В начале 60-х годов в ФИАНе был создан один из наиболее мощных для своего времени одноканальный лазер на неодимовом стекле, с помощью которого были проведены исследования взаимодействия лазерного излучения с веществом при потоках 106 - 109 Вт/см2. В 1968 году в ФИАНе был создан более мощный лазер с высоким контрастом, малой расходимостью и длительностью импульса 10-11 с. На этой установке были проведены эксперименты по взаимодействию излучения со специально приготовленной мишенью из дейтерида лития (П.Г. Крюков, С.Д. Захаров, Ю.В. Сенатский). В этих экспериментах впервые в мире были зарегистрированы нейтроны, и тем самым доказана возможность нагрева лазером вещества до термоядерных температур. Для реализации идеи сферического сжатия в 1971 году в ФИАНе была создана первая в мире установка для сферического облучения мишеней - девятиканальный лазер, получивший название "Кальмар". На этой установке был выполнен ряд пионерных работ по исследованию нагрева и сжатия сферических лазерных мишеней".
И ещё один отрывок, на этот раз из статьи, передающий как это предложение тогда было воспринято:
"Академик Басов был также пионером в области применения лазеров для ядерного синтеза с целью получения энергии. В марте 1962 г. Басов и Крохин в докладе на Президиуме Академии наук СССР изложили идею достижения реакции термоядерного синтеза при лазерном облучении маленького шарика. Год спустя они впервые доложили результаты своих расчётов на Третьей конференции по квантовой электронике в Париже.
Как и все великие идеи эта тоже очень проста. Теоретические расчёты показывают, что при интенсивностях лазерного излучения порядка эксаватт на квадратный сантиметр развиваются давления до гигаатмосфер, плотности до тысяч граммов на кубический сантиметр и температуры в сотни миллионов градусов, что обеспечивает необходимые условия для эффективной термоядерной реакции.
Однако в то время энергии лазеров были столь малы, что первоначально эта идея показалась утопической. Басов рассказывал: "Эта идея рассматривалась как далёкая перспектива в духе Жюля Верна, но никак не сегодняшняя проблема... Я помню, как один из наших первых докладов, представленных на конференцию по управляемому термоядерному синтезу, не был принят Оргкомитетом конференции, поскольку рассматриваемый нами вопрос не относился к тематике конференции".
Несмотря на скептическое отношение научной общественности, несколько учёных стали энтузиастами этого направления в термоядерном синтезе: Теллер и Наколс из Лоуренсовской Ливерморской национальной лаборатории, Яманака из Осакского университета, Дотрэ из Лимей-Валантона, Карузо из Фраскати и др. В 1968 г. в Лебедевском физическом институте были получены первые термоядерные нейтроны при облучении неодимовым лазером плоской мишени из дейтерида лития".
"Академик Николай Геннадиевич Басов - отец лазерного термоядерного синтеза. Учёный и человек"
Г. Веларде
Перевёл с англ. А.С. Семёнов
"Квантовая электроника", 32, №12 (2002)
А вот какая вещь раскопалась довольно неожиданно. Судя по всему, о ней мало кто знает. Независимо от Басова предложение, касающееся лазерного синтеза, выдвинул в 1960 году А.Д. Сахаров в неопубликованном докладе "Возможность осуществления управляемой термоядерной реакции с помощью лазера". Напомню, что Сахаров ранее уже предложил такие методы управляемого синтеза, как мю-катализ (1948 г., после прочтения статьи Франка по интерпретации треков распада пи-мезона) и токамак (1950 г., совместно с И.Е. Таммом).
"Следует отметить, что когда Андрей Дмитриевич узнал о создании лазера на рубине, им была высказана естественная для него мысль об использовании лазерного излучения для возбуждения взрывной термоядерной реакции в небольших шариках с DT-смесью. На семинаре в 1960 г. или 1961 г. он впервые обосновал схему с имплозией, в дальнейшем она была усовершенствована за счет окружения шарика оболочкой (из тяжёлых элементов) с отверстиями для ввода лазерного излучения в зазор между ними. Оценки Андрея Дмитриевича были уточнены в расчетах Н.А. Попова. Сегодня мишени такого типа широко используются в исследованиях по лазерному термоядерному синтезу".
А.И. Павловский
"Воспоминания разных лет"
(http://www.rfbr.ru/old/pub/knigi/sakharov/a~2_pav.htm).
Более подробный рассказ об этих событиях:
"Возможность осуществления лазерного термоядерного синтеза первыми рассмотрели в своих работах сотрудники Физического института имени П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН) Н.Г. Басов и А.Д. Сахаров. Андрей Дмитриевич ещё в начале 60-х годов предложил принципиальную схему устройства для реализации лазерного термоядерного синтеза: симметричное облучение лазерным излучением полой сферы, заполненной дейтерий-тритиевым газом. Эта схема и тип мишени были затем исследованы во многих странах мира.
В международном научном журнале "Nature" появилась статья американского исследователя Т. Меймана, в которой он сообщил, что первый импульсный лазер на кристалле рубина создан. Шёл 1960-й год. Саровские учёные в окружении Ю.Б. Харитона начали размышлять о возможном применении этого изобретения. А.Д. Сахаров (в то время он жил и работал в Арзамасе-16) предположил, что с развитием лазерной техники можно будет зажечь термоядерную реакцию в изотопах водорода с помощью мощного направленного излучения. Вот как описан этот момент очевидцами: "...Андрей Дмитриевич на доске мелом нарисовал схему эксперимента. В одном из фокусов эллипсоида он поместил источник лазерного излучения, в другом - сферическую оболочку, наполненную термоядерным горючим - смесью трития с дейтерием или просто дейтерием. Далее он объяснил, как эта система должна работать. Под действием лазерного излучения, сфокусированного на поверхности шарика, материал шарика должен испариться. Импульсом разлетающихся паров сферическая оболочка обязательно толкнётся к центру, сжимая и нагревая горючее до необходимой для термоядерной вспышки температуры". Сегодня подобные схемы термоядерного синтеза называются системами с инерциальным удержанием плазмы. По словам коллег, Андрей Дмитриевич не придавал большого значения этой "красивой идее". Для него она была тривиальна. Да и энергии существовавших в то время лазеров для достижения этой цели не хватало.
Время шло, и научный мир постепенно познавал, что же это за устройство такое - "лазер" и чем оно может быть полезно человечеству. В 1965 году нобелевский лауреат, один из первопроходцев в лазерной науке и технике Н.Г. Басов сделал многообещающее предложение ВНИИЭФ. Оно касалось исследований в области "создания лазеров с максимально достижимой энергией". Руководимый им Физический институт имени П.Н. Лебедева АН СССР готов был приступить к постройке мощных химических лазеров на основе фотодиссоциации органических йодидов (ФДЛ). ВНИИЭФ же, в свою очередь, предложил "накачивать" их "светом сильной ударной волны, создаваемой в инертном газе взрывом"".
"Ядерный синтез в лазерной искре"
В. Парафонова
"Наука и жизнь", №2, 2003 г.
(http://www.nkj.ru/archive/articles/2545/)
Американская десятипучковая лазерная установка "Нова", предшественница NIF, 1985 г.
Вот отрывок из книги "Физика лазерного термоядерного синтеза", Н.Г. Басова, И.Г. Лебо, В.Б. Розанова, в котором говорится о начале последовавших за этим работ:
"Остановимся кратко на истории создания и современном состоянии проблемы разработки мощных лазерных систем для исследования по ЛТС. В работе, опубликованной в 1964 году (авторы Н.Г. Басов и О.Н. Крохин), впервые была показана возможность нагрева плазмы лазерным излучением до термоядерных температур, а сама идея применения лазеров для этих целей была высказана впервые одним из авторов книги в докладе на заседании Президиума Академии наук СССР в 1961 году. В начале 60-х годов в ФИАНе был создан один из наиболее мощных для своего времени одноканальный лазер на неодимовом стекле, с помощью которого были проведены исследования взаимодействия лазерного излучения с веществом при потоках 106 - 109 Вт/см2. В 1968 году в ФИАНе был создан более мощный лазер с высоким контрастом, малой расходимостью и длительностью импульса 10-11 с. На этой установке были проведены эксперименты по взаимодействию излучения со специально приготовленной мишенью из дейтерида лития (П.Г. Крюков, С.Д. Захаров, Ю.В. Сенатский). В этих экспериментах впервые в мире были зарегистрированы нейтроны, и тем самым доказана возможность нагрева лазером вещества до термоядерных температур. Для реализации идеи сферического сжатия в 1971 году в ФИАНе была создана первая в мире установка для сферического облучения мишеней - девятиканальный лазер, получивший название "Кальмар". На этой установке был выполнен ряд пионерных работ по исследованию нагрева и сжатия сферических лазерных мишеней".
И ещё один отрывок, на этот раз из статьи, передающий как это предложение тогда было воспринято:
"Академик Басов был также пионером в области применения лазеров для ядерного синтеза с целью получения энергии. В марте 1962 г. Басов и Крохин в докладе на Президиуме Академии наук СССР изложили идею достижения реакции термоядерного синтеза при лазерном облучении маленького шарика. Год спустя они впервые доложили результаты своих расчётов на Третьей конференции по квантовой электронике в Париже.
Как и все великие идеи эта тоже очень проста. Теоретические расчёты показывают, что при интенсивностях лазерного излучения порядка эксаватт на квадратный сантиметр развиваются давления до гигаатмосфер, плотности до тысяч граммов на кубический сантиметр и температуры в сотни миллионов градусов, что обеспечивает необходимые условия для эффективной термоядерной реакции.
Однако в то время энергии лазеров были столь малы, что первоначально эта идея показалась утопической. Басов рассказывал: "Эта идея рассматривалась как далёкая перспектива в духе Жюля Верна, но никак не сегодняшняя проблема... Я помню, как один из наших первых докладов, представленных на конференцию по управляемому термоядерному синтезу, не был принят Оргкомитетом конференции, поскольку рассматриваемый нами вопрос не относился к тематике конференции".
Несмотря на скептическое отношение научной общественности, несколько учёных стали энтузиастами этого направления в термоядерном синтезе: Теллер и Наколс из Лоуренсовской Ливерморской национальной лаборатории, Яманака из Осакского университета, Дотрэ из Лимей-Валантона, Карузо из Фраскати и др. В 1968 г. в Лебедевском физическом институте были получены первые термоядерные нейтроны при облучении неодимовым лазером плоской мишени из дейтерида лития".
"Академик Николай Геннадиевич Басов - отец лазерного термоядерного синтеза. Учёный и человек"
Г. Веларде
Перевёл с англ. А.С. Семёнов
"Квантовая электроника", 32, №12 (2002)
А вот какая вещь раскопалась довольно неожиданно. Судя по всему, о ней мало кто знает. Независимо от Басова предложение, касающееся лазерного синтеза, выдвинул в 1960 году А.Д. Сахаров в неопубликованном докладе "Возможность осуществления управляемой термоядерной реакции с помощью лазера". Напомню, что Сахаров ранее уже предложил такие методы управляемого синтеза, как мю-катализ (1948 г., после прочтения статьи Франка по интерпретации треков распада пи-мезона) и токамак (1950 г., совместно с И.Е. Таммом).
"Следует отметить, что когда Андрей Дмитриевич узнал о создании лазера на рубине, им была высказана естественная для него мысль об использовании лазерного излучения для возбуждения взрывной термоядерной реакции в небольших шариках с DT-смесью. На семинаре в 1960 г. или 1961 г. он впервые обосновал схему с имплозией, в дальнейшем она была усовершенствована за счет окружения шарика оболочкой (из тяжёлых элементов) с отверстиями для ввода лазерного излучения в зазор между ними. Оценки Андрея Дмитриевича были уточнены в расчетах Н.А. Попова. Сегодня мишени такого типа широко используются в исследованиях по лазерному термоядерному синтезу".
А.И. Павловский
"Воспоминания разных лет"
(http://www.rfbr.ru/old/pub/knigi/sakharov/a~2_pav.htm).
Более подробный рассказ об этих событиях:
"Возможность осуществления лазерного термоядерного синтеза первыми рассмотрели в своих работах сотрудники Физического института имени П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН) Н.Г. Басов и А.Д. Сахаров. Андрей Дмитриевич ещё в начале 60-х годов предложил принципиальную схему устройства для реализации лазерного термоядерного синтеза: симметричное облучение лазерным излучением полой сферы, заполненной дейтерий-тритиевым газом. Эта схема и тип мишени были затем исследованы во многих странах мира.
В международном научном журнале "Nature" появилась статья американского исследователя Т. Меймана, в которой он сообщил, что первый импульсный лазер на кристалле рубина создан. Шёл 1960-й год. Саровские учёные в окружении Ю.Б. Харитона начали размышлять о возможном применении этого изобретения. А.Д. Сахаров (в то время он жил и работал в Арзамасе-16) предположил, что с развитием лазерной техники можно будет зажечь термоядерную реакцию в изотопах водорода с помощью мощного направленного излучения. Вот как описан этот момент очевидцами: "...Андрей Дмитриевич на доске мелом нарисовал схему эксперимента. В одном из фокусов эллипсоида он поместил источник лазерного излучения, в другом - сферическую оболочку, наполненную термоядерным горючим - смесью трития с дейтерием или просто дейтерием. Далее он объяснил, как эта система должна работать. Под действием лазерного излучения, сфокусированного на поверхности шарика, материал шарика должен испариться. Импульсом разлетающихся паров сферическая оболочка обязательно толкнётся к центру, сжимая и нагревая горючее до необходимой для термоядерной вспышки температуры". Сегодня подобные схемы термоядерного синтеза называются системами с инерциальным удержанием плазмы. По словам коллег, Андрей Дмитриевич не придавал большого значения этой "красивой идее". Для него она была тривиальна. Да и энергии существовавших в то время лазеров для достижения этой цели не хватало.
Время шло, и научный мир постепенно познавал, что же это за устройство такое - "лазер" и чем оно может быть полезно человечеству. В 1965 году нобелевский лауреат, один из первопроходцев в лазерной науке и технике Н.Г. Басов сделал многообещающее предложение ВНИИЭФ. Оно касалось исследований в области "создания лазеров с максимально достижимой энергией". Руководимый им Физический институт имени П.Н. Лебедева АН СССР готов был приступить к постройке мощных химических лазеров на основе фотодиссоциации органических йодидов (ФДЛ). ВНИИЭФ же, в свою очередь, предложил "накачивать" их "светом сильной ударной волны, создаваемой в инертном газе взрывом"".
"Ядерный синтез в лазерной искре"
В. Парафонова
"Наука и жизнь", №2, 2003 г.
(http://www.nkj.ru/archive/articles/2545/)
Американская десятипучковая лазерная установка "Нова", предшественница NIF, 1985 г.