Создание инновационного российского лазера PEARL

социальный Проект

Экзаваттный лазер PEARL

Уникальный экзаваттный лазерный комплекс PEARL был создан в Институте прикладной физики Российской Академии Наук в 2006 году.

Достижение отечественных ученых стало невероятным прорывом в данной сфере. Преимущество экзаваттных лазеров – в мощнейшем излучении, которые они могут создавать. Максимальный импульс, получаемый при использовании новой российской установки, равен мощности всех существующих на планете электростанций, а его показания плотности энергии и светового давления превышают подобные параметры в эпицентре взрыва ядерной бомбы или внутри Солнца. В ближайшее десятилетие ученые планируют превзойти эти результаты в сотни раз.

Создание российского лазерного комплекса PEARL предоставляет широкие возможности применения в разных областях деятельности человека от энергетики до биомедицины. Оно окажет неоценимое влияние на развитие военной техники и технологий. Кроме того, экзаваттные комплексы открывают дорогу новым исследованиям, результаты которых станут фундаментальными для науки будущего.

На пути к экзаваттным лазерам

Экзаваттный лазер PEARL
Экзаваттный лазер PEARL. Фото: ИПФ РАН\ipfran.ru

Лазерная физика начала стремительно развиваться в 60-х годах прошлого столетия с момента своего возникновения, но вскоре на пути исследователей этой перспективной области науки возникло непреодолимое препятствие – мощность лазеров достигла конкретной величины, вырваться за пределы которой не было возможностей.

Проблему удалось преодолеть благодаря открытию инновационных методов усиления импульсов и поиску новой активной среды. Последней стал обладающий нужными оптическими свойствами титансапфир, а импульс,  согласно разработанному методу, предлагалось сначала расширять, затем усиливать и снова подвергать компрессии, благодаря чему и достигалась превышающая прежние параметры мощность.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Новые лазеры смогли достичь исключительного диапазона интенсивности, которая называется релятивистской. Если лазер такой интенсивности направить, к примеру, на некий твердый объект, можно наблюдать совершенно новое физическое явление – холодное плавление. В будущем эти эксперименты помогут изучать процессы, происходящие в звездах, а уже сейчас привели к возникновению совершенно новых направлений развития физики – аттофизики, которая связана с генерацией импульсов аттосекундной длительности, то есть сверхкоротких.

Наиболее мощными на сегодняшний день считаются так называемые экзаваттные лазеры. С их помощью ученые научились создавать световое излучение невероятной силы. Одна из лучших в мире установок, работающая по этой технологии, была создана в 2006 году в российском Институте прикладной физики РАН. Она была названа PEARL, что расшифровывается как PEtawatt pARametric Laser (“петаваттный параметрический лазер”).

Фрагменты лазера
Фрагменты лазера. Фото: ИПФ РАН\pearl.iapras.ru

На что способна установка PEARL: текущее состояние и перспективы развития

Над созданием лазерного комплекса PEARL работала команда во главе с физиком Ефимом Хазановым. Над ним работали А. К. Потемкин, В. В. Ложкарев, А. А. Шайкин, Е. В. Катин, И. В. Яковлев и В. Н. Гинзбург. Установка работает на принципе параметрического усиления импульса, то есть усиления входного пучка. На выходе же импульс подвергается компрессии.

Результаты испытаний комплекса PEARL поистине уникальны. Импульс, который удалось получить с его помощью (он равен 0,56 петаватт), в несколько сот раз сильнее мощности всех электрических станций нашей планеты. При этом значения плотности энергии и светового давления превышают подобные параметры в эпицентре взрыва ядерной бомбы или значения внутри Солнца. В планах исследователей увеличить мощность импульса до еще более рекордных 10 петаватт, а затем в рамках развития так называемого проекта XCELS (он входит в число приоритетных для нашей страны на ближайшие десять лет) – до невероятных 200 петаватт и уже после до 1 экзаватта. Это откроет перед человечеством по-настоящему невероятные возможности, фантастические и на данном этапе даже неоценимые.

Ученые в лаборатории
Ученые в лаборатории. Фото: ИПФ РАН\ipfran.ru

Значение создания мощнейшего лазера

Когда лазеры только появились, они стали настоящим чудом научно-технического прогресса. В наши дни подобные установки используются необычайно широко, из фантастических приборов они превратились в относительно понятные и достаточно недорогие устройства. Их используют в медицинской области, например, диагностике или хирургии, в промышленности и строительстве, в том числе, для резки или сварки, в сфере военного дела и во многих других.

Лазеры большой мощности открывают еще более широкие горизонты для науки. С их помощью можно определять точные значения микроскопических расстояний, в том числе временных, а также отслеживать гравитационные волны. Благодаря последнему стало возможным, к примеру, находить еще не обнаруженные месторождения руды, газа и нефти.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Создание российского лазерного комплекса PEARL способствует развитию отраслей, использующих ускорительную технику, области энергетики, биомедицины, диагностики, военного дела. Что еще важнее, PEARL откроет дорогу новым исключительным исследованиям, результаты которых станут базовыми для будущих областей науки.

Популярные вопросы

Вопрос: В чем принципиальное отличие экзаваттных лазеров от установок прошлого поколения?

Ответ: Экзаваттные лазеры способны создавать импульсы невероятной мощности. Их появление стало невероятным скачком для науки, которая после стремительного развития на заре появления лазерной физики, оказалась в тупике из-за невозможности преодоления мощностного барьера имеющихся лазеров. После открытия уникальных методов усиления импульсов это стало возможным и, в конечном итоге, привело к созданию экзаваттных лазеров, первым из которых стал российский PEARL.

Вопрос: Где можно применять лазеры высокой мощности?

Ответ: Такие лазеры могут быть весьма полезными в отраслях, использующих ускорительную технику, а также в энергетике, биомедицине, диагностике, военном искусстве. И конечно, в области научных исследований.

Вопрос: Какие новые области науки были открыты благодаря исследованиям в области сверхмощных лазеров?

Ответ: Благодаря возможности достичь исключительного диапазона интенсивности, исследования лазеров большой мощности привели к развитию новых областей физики и химии – аттофизики и аттохимии. Они напрямую связаны с генерацией сверхкоротких импульсов.