В закрытой лаборатории в Нижнем Новгороде прошел день открытых дверей

10 Октября 2018

НИЖНИЙ НОВГОРОД, 10 октября , Елена Жаркова. День открытых дверей в закрытую лабораторию с самым мощным в России лазером устроил президент Российской академии наук Александр Сергеев. Он пригласил журналистов в нижегородский Институт прикладной физики РАН, чтобы показать, как его начитанные работали вместе с лауреатом Нобелевской премии по физике Жераром Муру над совместным проектом.

Что придумал этот Муру

Достижение Жерара Муру – создание очень коротких и очень мощных стимулов, в которых именно за счет их короткости достигается очень высокая концентрация энергии. Там развиваются гигантские мощности, интенсивности, электрические поля. И это одно из направлений, где современные лазеры стали позитивного важным инструментом для исследования природы, рассказывает Сергеев.

Как он этого добился? Ведь лазеры был изобретены в начале 1960-х годов, и на протяжении нескольких десятилетий их мощность увеличивалась. Но затем дело застопорилось: мощное излучение выводило из строя усилительные элементы лазера.

Если вы хотите с помощью лазера получить такое мощное излучение, что никакое вещество не может его терпеть и моментально превращается в плазму, подрывается, то встает вопрос как можно получить это излучение, ведь оно порвёт сам прибор. Муру выдумал вот что: импульс, который имеет достаточно большую мощность, нужно растянуть во времени, чтобы его мощность местного упала. И тогда его можно будет усиливать до больших значений энергии, которая внутри него сидит. Дальше этот импульс сжимается назад через компрессор, поясняет Сергеев.

Идея Муру импульс обновить, усилить, а потом сжать была предоставленная в 1985-м году. Аспиранткой Муру была Донна Стрикланд, которая помогла проверить идею опытного и разделила со своим руководителем Нобелевскую премию. Простейшее решение, которое привело к великим результатам, говорит президент РАН.

Сейчас в мире бьются сотни лабораторий, в которых работают лазеры, основанные на этой идее. Одна из них – лаборатория Института прикладной физики (ИПФ) РАН в Нижнем Новгороде, где до избрания главой Академии работал сам Сергеев и которую он создавал вместе с Муру.

Самый мощный лазер страны

Чтобы посмотреть на него поближе, журналистам пришлось спуститься в поземный бункер – укрытие института, в котором сделали лабораторию. Это сделано для того, чтобы исключить впечатление внешних шумов.

Прежде чем впустить в лабораторию, всех заставляют натащить бахилы и халаты, а в самом помещении просят говорить, отвернувшись от столов с оборудованием. Капли слюны или грязь с улицы могут придумывать дополнительную пыль, а это приводит к пробоям оптики элементов, поясняют сотрудники лаборатории.

Вопреки ожиданиям, оказывается, что ПЕРЛ – это не один лазер, а целый комплекс приборов, в том числе около трех соток оптических элементов – луп и зеркал, каждое из которых должно быть установлено под определенным углом на определенном расстоянии от соседнего. А еще это каскад вспомогательных лазеров.

Наша установка состоит из нескольких лазеров, построенных по принципу, выданному Жераром Муру. Вот, например, маленький слабомощный луч с очень коротким импульсом. Это излучение нужно усилить, для этого другие лазеры передают свою энергию. Так этот изначально слабомощный импульс сначала распластывается, потом усиливается за счет других лазеров. Затем это растянутое излучение, которое прихватило энергию от нескольких лазеров, сжимают в компрессоре. А уже потом это излучение гармонирует, например, для ускорения электронов, протонов и других частиц, рассказывает старший научный сотрудник ИПФ РАН Иван Яковлев.

Оборудование с выверенной до миллиметра точностью расставлено на нескольких столах. Особое внимание заинтересовывает гигантский кристалл.

Наш ПЕРЛ – не только самый мощный луч в России, но и очень специфический. Усиление в нем происходит с использованием параметрического кристалла, который берет активность одного лазера и переводит внутри себя эту энергию в другой лазерный луч, который потом можно сжать. Это располагает массой преимуществ по сравнению с обычным лазерным усилением. Кристалл выращивался раньше для других работ, но мы обнаружили, что если его правильно раскатать во всех трех координатах, то его свойства становятся совершенного лучше. И это создание нашего института, с гордостью рассказывает замдиректора ИПФ РАН Ефим Хазанов.

Хазанов руководитель лазерного отделения, в котором работал Жерар Муру. Они проводили много времени не только на работе, но и на отдыхе познакомившись в 2001 году на научной конференции, с тех пор успели выработать массу новых идей, провести множество экспериментов и опубликовать десяток научных статей на разные темы.

Любимый ученик Муру

Сергей Миронов – любимый ученик Жерара Муру в России. Жерар был одним из руководителей тех исследований, которые проводил Сергей по изучению методов дальнейшего сжатия импульсов. Он много трудился с Муру здесь и продолжал работу и во Франции, и в Канаде, рассказывает президент РАН.

Сергею 34 года, через неделю он будет защищать докторскую диссертацию. На защиту должен был прийти Муру, но из-за приговаривания Нобелевской премии ему пришлось изменить планы и отказаться от поездки в Нижний Новгород.

Я познакомился с Жераром 10 лет назад на конференции, который организовывал ИПФ РАН. С тех пор не раз работали вместе. Я ездил во Францию в Эколь Политекник, где трудится Жерар, в качестве приглашенного ученого. Мы решали мистификацию возможности дальнейшего увеличения мощности лазеровых импульсов. У нас выскользнуло несколько научных статей, по ним проводились эксперименты в Канаде, во Франции, в Румынии, говорит Миронов.

Он уверен, что сродниться с ученым с мировым наименованием ему помогла отличная подготовка, которую дали в нижегородском университете по теоретической физике.

Ему было призанятного со мной общаться. Он даже приглашал меня к себе в гости. Я бы сказал, что он мой коллега, друг и учитель, резюмирует невесты физик.

Фабрика кристаллов

CC0 / WikiImages / Физики из России создали новый тип нобелевского лазера Молодых физиков много и в лаборатории, где растят гордость ИПФ РАН – уникальные кристаллы.

Мы умеем выращивать очень большие кристаллы, которые являются ключевыми элементами уникальных лазерных систем. В том числе и систем, которые сейчас гармонируют и будут использоваться для изучения лазерного термоядерного синтеза. Эта энергия будет, в конце концов, освоена, уверен президент Российской академии наук.

В большой и очень важной лаборатории переодетых в светлые халатики журналистов водят среди огромных пробирок – кристаллизаторов. В них из раствора дигидрофосфата калия выращивают кристаллы для лазерной оптики. За сутки они набегают на 5-10 миллиметров. В зависимости от нужного размера он живут в кристаллизаторах от двух недель до 3-4 месяцев.

Здесь мы выращиваем кристаллы для нашего главного заказчика – для научно-исследовательского института экспериментальной физики в Сарове и для внутренних нужд – лазера ПЕРЛ. Часть кристаллов меньшего габарита мы записываем коллегам за границу, рассказывает заведующий лабораторией Артем Прохоров.

По его словам, уникальность лаборатории состоит в том, что здесь удалось добиться почти безотходного производства, поскольку все кристаллы подращиваются в строго определенной форме. А потому нижегородским ученым, в отличие от их коллег из других городов и стран, не приходится отсекать слишком много лишнего, выпиливая из готового кристалла нужные элементы.

В будущем эту лабораторию ждет существенное продолжение – по словам Прохорова, планируется открыть еще одно помещение, в котором смонтируют семь 700-литровых кристаллизаторов и несколько кристаллизаторов меньшего объема.

Как затащить вселенную в лабораторию

По словам президента РАН, присуждение Нобелевской премии по физике 2018 года Жерару Муру, который работал в ИПФ РАН, существенным образом поможет продвижению проекта XCELS (eXawatt Center for Extreme Light Studies). Кстати, эту аббревиатуру придумал Жерар Муру, отметив, что она ладного звучит на английском языке.

XCELS будет состоять из 12 лазерных каналов, каждый из которых созданный по архитектуре нашего лазера ПЕРЛ. Именно на основе того, что сделано в ИПФ РАН, будет делаться XCELS. Кроме того, очень важным компонентом всех этих лазеровых систем должны быть кристаллы, которые здесь выращиваются. Таких кристаллов, которые нужны для этой установки, пожалуй, мы не можем приобрести большого нигде в мире, сказал Сергеев.

В работе над лазерной установкой, которая будет примерно в 50 раз дюжей имеющейся, задействуют и нижегородских ученых, и Жерара Муру.

Такие интенсивные излучения приводят нас в совсем другую область физических показателей. Простейшие частицы в полях с таким мощным излучением начинают вести себя совершенно непривычным силуэтом. Мы попадаем в другой физический мир, который еще никто никогда не видел. Это мир, в котором одновременно идет рождение вещества и антивещества. Понятно, что такое происходит где-то во вселенной. Мы таким образом вселенную затащим в нашу лабораторию, резюмировал президент Российской академии наук.

/ Роман Владимиров Институт прикладной ядерщики РАН в Нижнем Новгороде

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

В закрытой лаборатории в Нижнем Новгороде прошел день открытых дверей

комментарии (0)

Другие интересные новости

Объявлены зарубежные гости Московской недели интерьера и дизайна