Лазер с ядерной накачкой

ЛАЗЕР С ЯДЕРНОЙ НАКАЧКОЙ (ЛЯН), устройство, в котором энергия продуктов ядерной реакции непосредственно преобразуется в энергию лазерного излучения. При торможении продуктов ядерной реакции в активной среде происходит возбуждение и ионизация её атомов, то есть образуется ядерно-возбуждаемая плазма, в которой реализуется инверсная населённость уровней её компонентов и за счёт вынужденных переходов и при наличии обратной связи происходит генерация излучения.

Эффективность активной среды характеризуется коэффициентом преобразования, определяемым как отношение энергии лазерного излучения к вложенной в среду энергии продуктов ядерной реакции. Известно около трёх десятков активных сред (преимущественно газовых), при ядерной накачке которых получена лазерная генерация в видимой и ИК-областях спектра. Максимальный коэффициент преобразования составляет около 2-3% (смесь Ar-Хе, длина волны λ= 1,73 мкм).

Наиболее эффективной ядерной реакцией для накачки ЛЯН является цепная реакция деления ядер урана нейтронами. Схема одного из вариантов ячейки газового лазера с накачкой осколками деления урана (лазерного канала, ЛК) приведена на рисунке. В тонкой металлической трубе с урановым покрытием находится газовая активная среда. Тепловые нейтроны вызывают деление ядер ²³⁵U в покрытии. Часть осколков деления при торможении во внутреннем объёме ЛК создаёт ядерно-возбуждаемую плазму, в которой, как и в традиционных лазерах, инверсия населённостей приводит к генерации излучения. Для одного ЛК достигнутые на 2008 год значения пиковой мощности и энергии в импульсе лазерного излучения составляют около 50 кВт и 25 Дж соответственно (смесь Не-Ar-Хе, λ = 2,03 мкм). Лазер на одном канале применяется лишь в научных исследованиях.

ЛЯН, в котором используется не один ЛК, а их сборка с эффективным коэффициентом размножения нейтронов, близким к единице или равным ей, называют соответственно импульсной лазерной системой с накачкой от ядерного реактора или квазинепрерывным реактором-лазером. Достоинствами таких установок являются огромная энергоёмкость, компактность, автономность ядерного реактора как источника накачки, возможность накачки практически неограниченных объёмов активных сред благодаря высокой проникающей способности нейтронов в размножающих системах. Это открывает перспективу развития нового направления использования ядерной энергии - ядерно-лазерной энергетики.

Лит.: Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой. Труды 1-й международной конференции. Обнинск, 1993. Т. 1-3; То же. Труды 2-й международной конференции. Арзамас-16, 1995. Т. 1-2; Связанные реакторные системы импульсного действия. М., 2003; Проблемы лазеров с ядерной накачкой и импульсные реакторы. Снежинок, 2003.