Лазерный термоядерный эксперимент не похож на электростанцию. Сотни мощных импульсов направляют на крошечную капсулу с топливом, чтобы за доли секунды сжать и нагреть её. Полученный результат помогает исследовать поведение плазмы и проверять модели синтеза. Даже когда реакция выделяет больше энергии, чем поглотило само топливо, вся установка пока расходует значительно больше энергии на запуск лазеров и вспомогательные системы.
Эти комплексы отличаются числом и конфигурацией пучков, энергией на мишени и задачами. В список вошли пять крупных установок, которые работают с инерциальным удержанием: лазер создаёт импульс давления, а не удерживает плазму магнитным полем.
| Место | Установка | Страна | Главное отличие |
|---|---|---|---|
| 5 | OMEGA | США | 60 пучков и гибкая диагностика мишени |
| 4 | Shenguang-II | Китай | Комплекс из нескольких экспериментальных лазерных систем |
| 3 | SG-III | Китай | 48 линий и до 180 кДж ультрафиолета |
| 2 | Laser Mégajoule | Франция | Крупный национальный лазерный комплекс |
| 1 | National Ignition Facility | США | 192 луча и эксперименты с выходом на зажигание |
5. OMEGA
Установка OMEGA работает в Лаборатории лазерной энергетики Университета Рочестера. Её шестьдесят лазерных лучей синхронно фокусируются на мишени в камере диаметром около 3,3 метра. Система способна доставить до 30 килоджоулей ультрафиолетовой энергии, а короткие импульсы позволяют исследователям точно управлять ходом сжатия.
К комплексу добавлена OMEGA EP с четырьмя мощными короткоимпульсными лучами. Это не второй аналогичный набор, а возможность проводить особые эксперименты с быстрым зажиганием и подсветкой плазмы. OMEGA ниже по энергии, чем крупные государственные комплексы, зато часто используется университетами и даёт высокую точность настройки и диагностики.
4. Shenguang-II
Shenguang-II, или SG-II, – не единственный лазер, а интегрированная платформа, созданная китайскими институтами оптики и лазерной физики. Она включает исходную восьмилучевую систему, модернизированную установку SG-II-U, девятый петаваттный луч и дополнительные импульсные каналы. Разные конфигурации можно объединять для опытов с наносекундными, пикосекундными и фемтосекундными импульсами.
Платформу используют для физики лазерной плазмы, высокоэнергетической плотной материи, лабораторной астрофизики и материаловедения. В отличие от установки, заточенной только под один тип импульса, Shenguang-II ценен своей гибкостью: разные экспериментальные камеры и системы позволяют менять схему опыта без создания нового комплекса.
3. SG-III
Главная установка SG-III в Мяньяне – крупнейший китайский драйвер для исследований инерциального синтеза. Её 48 лазерных линий распределены на шесть групп. В опубликованных характеристиках указана энергия до 180 килоджоулей на длине волны 351 нанометр за импульс длительностью около трёх наносекунд.
Симметричная компоновка помогает равномерно воздействовать на топливную мишень. Это важно, потому что небольшая асимметрия при сжатии способна повлиять на результат. SG-III даёт китайским исследовательским группам базу для изучения лазерной физики, плазмы и диагностики, а его много лучей превращают в один согласованный импульс.
2. Laser Mégajoule
Французская Laser Mégajoule, расположенная в центре CEA-CESTA, предназначена для опытов с высокими плотностями энергии, в том числе с термоядерными мишенями. В установке 176 лазерных линий; система рассчитана на подачу энергии порядка мегаджоуля к мишени. Лазерный зал и сферическая экспериментальная камера образуют огромный комплекс, где оптические тракты должны сходиться с высокой точностью.
LMJ работает в рамках французской программы моделирования и экспериментальной физики. Это отличает её от установки, которая служит только демонстрацией будущего источника электричества: результаты помогают проверять сложные расчёты поведения материи при экстремальном давлении и температуре. Установка развивалась поэтапно, поэтому её возможности вводили по мере завершения лазерных каналов.
1. National Ignition Facility
В американском National Ignition Facility 192 лазерных луча сходятся на мишени размером меньше ластика. Комплекс занимает здание длиной с несколько футбольных полей и способен направить на мишень более двух мегаджоулей ультрафиолетовой энергии за чрезвычайно короткий импульс. В декабре 2022 года опыт на NIF впервые дал больше энергии от термоядерной реакции, чем лазер передал топливу.
Это достижение часто описывают как «зажигание», но его важно понимать точно: речь о балансе энергии на мишени, а не о чистой выработке всей установки. NIF потребляет намного больше энергии на питание лазеров и оборудования, чем реакция возвращает в электросеть. Комплекс остаётся главным экспериментальным полигоном инерциального синтеза, где повторяют и уточняют результаты.
Эти установки работают с одной общей идеей, но каждая закрывает свой масштаб задачи. OMEGA удобна для точных регулярных опытов, Shenguang-II меняет конфигурацию под разные физические вопросы, а NIF и LMJ располагают огромной энергией. Разница между экспериментом и электростанцией остаётся принципиальной: лабораторный успех ещё нужно превратить в стабильный и энергетически выгодный процесс.