Дастан Темиров Проект IFuEL ведет разработку новой твердотельной лазерной технологии для инерциального термоядерного синтеза. Этот подход направлен на снижение стоимости и повышение эффективности будущих реакторов. Инерциальный синтез подразумевает сжатие термоядерного топлива с помощью сверхмощных лазеров, однако существующие экспериментальные установки потребляют значительные объемы энергии и требуют высоких эксплуатационных расходов. Новая исследовательская инициатива призвана устранить эти технические ограничения.
Главная задача трехлетнего проекта – создание высокоэффективной лазерной установки, масштабируемой под нужды коммерческих термоядерных электростанций. Разработчики планируют продемонстрировать работу двух лазерных головок с криогенным охлаждением. Каждая из них способна генерировать наносекундные импульсы с энергией 100 джоулей, которые затем будут комбинироваться в единый луч мощностью 200 джоулей при частоте 10 герц. Лазерное излучение также будет конвертироваться в зеленый спектр для повышения эффективности взаимодействия с мишенью.
Фундаментальное отличие технологии IFuEL заключается в использовании кристалла Yb:YLF в качестве активной среды. По оценкам координатора проекта Франца Кертнера, этот материал обеспечивает низкий квантовый дефект на уровне нескольких процентов и обладает оптимальными термооптическими свойствами. Эффективность системы «от розетки» достигает 25 процентов, что в два раза превышает показатели альтернативных решений. Одновременно время удержания энергии в среде возрастает в пять раз, пропорционально снижая требования к рабочему току.
Совокупность этих физических характеристик позволяет на порядок уменьшить необходимую мощность оптической накачки для достижения целевых параметров лазера. Поскольку диоды накачки составляют значительную часть сметы при строительстве термоядерных систем, общая стоимость технологии должна существенно снизиться. Данная оптимизация также вдвое уменьшает требуемый коэффициент усиления синтеза, что может сократить сроки перехода от экспериментальных лабораторий к промышленной генерации энергии.
На практике новые лазеры будут применяться для изучения взаимодействия плазмы с внутренними стенками будущих реакторов. Направленный высокоэнергетический луч будет взаимодействовать с криогенным потоком водорода и гелия, моделируя экстремальные условия термоядерной установки. Это позволит протестировать износостойкость перспективных материалов, включая высокоэнтропийные сплавы, устойчивые к поглощению водорода. В настоящее время команда проекта закупает оборудование, проектирует вакуумные камеры и расширяет рабочие контакты с Лабораторией лазерной энергетики в Рочестере и Национальной лабораторией в Ливерморе.
