На северной окраине Праги в районе Кобылиси находится одна из мощнейших лазерных систем Европы, предназначенных для научных исследований, «Астерикс». Возможности, которые обещает лазер, притягивают ученых со всего мира, ради работы здесь из-за рубежа возвращаются молодые физики. Чешские физики гордятся «Астериксом» по особенному создание подобной системы, в нелегкие для национальной науки годы, обошлось недешево. Ради лазера Чешская академия наук вынуждена была объединить усилия двух своих крупнейших центров Физического института и Института физики плазмы, образовав новое подразделение
Согласно неформальному кодексу Евросоюза страны, входящие в европейское научное пространство, должны поддерживать интерес людей к науке, стараться популяризировать свою исследовательскую деятельность. И пражская система «Астерикс» яркий тому пример. Несколько раз в году лаборатория открывает свои двери для школьников и студентов, а ее сотрудники на время становятся гидами, разъясняя принцип работы лазера и его практическое применение. Здесь можно познакомиться не только с уникальными инструментами и методами современного естествознания, но и увидеть, что представляет собой международный научный центр. Общение ученых PALS с журналистами происходит напрямую без посредства пресс-секретарей и специалистов по связям с общественностью. Планируя будущий визит, я просто написала исполнительному директору Иржи Ульшмиду (
Принцип работы
Основу системы «Астерикс» составляет газовый лазер довольно редкого типа с соединениями йода в качестве активной среды. Через находящийся в оптическом резонаторе газ пропускают мощный поток ультрафиолетового излучения (накачивают лазер), который освобождает атомы йода, причем большая их доля оказывается в возбужденном состоянии. Возбужденные атомы йода излучают избыток энергии, порождая мощный пучок света в инфракрасном диапазоне длин волн (1315 нм). Лазерный пучок направляется в канал, где его усиливают и получают на выходе луч диаметром 290 мм, обладающего огромной энергией (1 кДж).
В практических целях луч лазера расщепляется на два потока и направляется в камеры взаимодействия, где установлены различные мишени. Если луч сфокусировать до размера в несколько миллиметров на какую либо мишень, то температура в фокусе получится чудовищная 107 градусов по Цельсию, и любое попавшее под удар вещество мгновенно ионизируется, превращаясь в так называемую лазерную плазму.
С точки зрения физики интерес представляет как сама плазма, будучи источником многозарядных ионов, так и поступающее от нее мягкое рентгеновское излучение, которое удобно для изучения живых структур. Большая мощность лазера 3 тераватта, сверхкороткий импульс 400 пикосекунд, и качественный пучок делают «Астерикс» уникальным инструментом для научных приложений, таких как имитация условий внутри планет и звезд, получение цинкового лазера и главное лазерный термояд.
Вместе с обслуживающими системами PALS занимает огромное трехэтажное здание, построенное специально для лазера. Помимо залов для оптической части и камер взаимодействия там есть два машинных отделения для очистки воздуха и поддержания постоянной температуры. Благодаря особой конструкции фундамента все здание будто плавает в грунте, что позволяет гасить возможные колебания от подземных толчков.
История йодных лазеров началась в середине 1960-х годов, когда первые их экземпляры заработали в институтах Германии и России. Помимо моделирования физических процессов лазер обещал прогресс в экспериментах по термоядерному синтезу . Суть их проста: капсулу со смесью дейтерия и трития облучают мощными лазерными импульсами в попытке получить управляемую термоядерную реакцию.
В случае успеха лазеры стали бы основой термоядерных реакторов, способных обеспечить человечество дешевой энергией. Но мощности у первых лазеров было недостаточно, как недостаточно ее и у нынешних на выходе у них образуются килоджоули энергии, а чтобы зажечь термояд, нужны мегаджоули. Кстати, среди лидеров этого направления
Как лазер попал в Прагу
В Чехословакию первый йодный лазер попал в начале 1980-х с легкой руки академика Николая Басова, в то время директора
В Гархинг-бай-Мюнхене (Graching bei Muenchen), где находится институт, устремились ученые со всей Европы: физики, материаловеды, биологи. Так было до 1997 года, когда направление решили закрыть: как поговаривают, из-за того, чтобы вернуть уехавшего в США физика Вольфганга Кеттерле (
Однако построенный на деньги Евросоюза инструмент нельзя просто разобрать и утилизировать его надо кому-то передать. По этому вопросу создали международную комиссию, а из желающих приобрести лазер выстроилась очередь, несмотря на высокую стоимость владения им. Поскольку в Чехии уже был йодный лазер, правда, меньшей мощности, в целях дальнейшего развития научного направления комиссия решила передать «Астерикс» в эту страну за чисто символическую плату одну немецкую марку. Чехи задумались: отказываться глупо, потому как прибор стоимостью десятки миллионов немецких марок отдают даром, а согласиться - значит, взять на себя повышенные обязательства. Одно только здание для лазера будет стоить около трех миллионов евро. Но финансирование удалось получить, и началась перевозка лазера.
Оборудование весом 120 тонн переправляли в Чехию почти год. Еще два года собирали чуть ли не вслепую. Так как лазер неоднократно переделывали, достраивали в процессе эксплуатации, то детальной документации на него не было, только чертежи. Только сами создатели знали, где что у него теперь находится. Но чешские инженеры справились, и в 2000 году «Астерикс» заработал на полной мощности. Когда бывший директор установки приехал из Гархинга и увидел работающий лазер, он даже прослезился от радости. Очень быстро PALS превратилась в международный центр, приносящий Чешской академии наук немалую прибыль. А Кеттерле так и не вернулся в Германию, в 2001 году он получил Нобелевскую премию как сотрудник MIT .
Текущие задачи связаны с повышением мощности PALS. Теоретический порог, считавшийся некогда непреодолимым, вскоре самым чудесным образом удалось обойти. Еще в 1997 году группа Яна Росса (
Как члены консорциума
Читайте также в журнале «Вокруг Света»: