Одним из самых интересных проектов, который реализуется сегодня в Национальном исследовательском институте «МИФИ» является создание уникальной многофункциональной лазерной установки килоджоульного уровня «ЭЛЬФ» (ЭЛЬФ – Экспериментальная Лазерно-Физическая установка; англ.: ELF - Experimental Laser Facility).
Этот лазер нужен и мировой науке, но нужен он и университету, поскольку крупные, желательно уникальные установки сегодня являются необходимой принадлежностью любого университета, который претендует занять видной место в мировой науке. Создание установки поддержано программой Приоритет-2030.
Оборудование, подобное «ЭЛЬФу» выполняет три функции: во-первых, оно должно позволять получать научные результаты мирового уровня, которые бы воплощались в высокоцитируемых публикациях; во-вторых, оно должно позволять обучать студентов работе на мощных, дорогостоящих установках, аналогичными тем, с которыми им придется иметь дело в научных коллективах после выпуска; и в-третьих оно должно способствовать включению университета в мировую научную повестку.
Идея заключалась в том, чтобы создать не просто мощный лазер, а лазер с «пользовательским интерфейсом», который мог бы пригодиться в исследованиях ученым из разных лабораторий и институтов. То есть, установка должна поставщиком «универсальной научной услуги». Дело в том, что сегодня мощные лазеры могут использоваться в экспериментах в самых разных научных областях – таких как, термоядерный синтез, физика плазмы, экстремальные состояния вещества и даже лабораторная астрофизика.
Последняя область, получившая популярность в последнее время, пожалуй, особенно интересна - она предполагает моделирование с помощью лазеров в лабораторных условиях процессов, подобных тем, что происходят в недрах звезд и при взрывах сверхновых, и таким образом делать вывод о физике вселенной. По словам директора Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Андрея Кузнецова, «ЭЛЬФ» должен работать в режиме «фабрики фотонов», вырабатывая лазерные импульсы по «заказам» работающих на нем ученых, которые могут запросить лазерное излучение с определенными параметрами – нужной энергии, спектра, длительности и временной формы импульса, а также с набором сопутствующих диагностик.
В мире лазерные установки килоджоульной мощности как правило создаются странами, которые обладают технологиями для создания еще более мощных установок мегаджоульной мощности. Таких стран в мире сейчас пять: США, Франция, Россия, Китай и Япония, а аналогичная установка в Германии сделана из элементов, оставшихся от демонтированного американского лазера. При этом университетские установки часто работают «в паре» с национальными установками мегауровня.
Это относится и к тому лазеру, который установлен во Франции в École polytechnique, и к тому что имеется в США в Рочестерском университете. Дело в том, что эксперимент на установке мегаджоульной мощности может стоить миллионы долларов, но его можно существенно удешевить, если некоторые «компоненты» эксперимента - например предполагаемые режимы – отработать «в малых масштабах» на университетских лазерах. Между тем, в Сарове специалистами ВНИИЭФ уже создается лазерная мегаустановка УФЛ-2м, «дополнительной» по отношению к которой и будет «ЭЛЬФ». Кстати, тесное взаимодействие лазерных мегаустановок с атомной энергетикой также является мировой традицией.
Идея создания «ЭЛЬФа» появилась примерно в 2015 году. В 2018 она получила поддержку Академии наук, в 2020 году было заключено соглашение о создании лазерной установки межу НИЯУ МИФИ, ВНИИЭФ и Институтом общей физики РАН (позже к этому же соглашению подключился ФИАН). В 2021 году проект получил поддержку программы «Приоритет 2030».
На фото: Вакуумная мишенная камера лазерного комплекса «ЭЛЬФ»
Основой для «ЭЛЬФа» стала элементная база уже существующей в Сарове килоджоульной лазерной установки «Луч», которая частично демонтируется (из четырёх каналов в ней остается два). Однако, речь не идёт о создании копии «Луча». За последние два года рабочая группа, состоящая из сотрудников ВНИИЭФ и НИИ МИФИ предложила оригинальную схему усиления лазерного излучения.
Если в стандартной схеме «Луча» можно было генерировать лазерный импульс с энергией порядка одного килоджоуля, то в «ЭЛЬФЕ», если верить расчётам, при тех же затратах входящей энергии можно увеличить энергию импульса до шести килоджоулей. Это недостижимый уровень энергии для подобных установок. Именно поэтому «ЭЛЬФ» должен стать уникальным научным оборудованием.
Планируется, что у «ЭЛЬФа» будет два канала: один будет генерировать импульс с точностью до 10-20 наносекунд, второй ещё более «прецизионный» - с пикосекундной длительностью импульсов, и это тоже делает установку уникальной: в мире вообще ощущается дефицит лазеров килоджоульной мощности, а установки, в которых бы можно было бы одновременно использовать два пучка нано- и пикосекундной длительности в мире нет вообще.
Уникальные свойства «ЭЛЬФа позволят ему «работать» в рамках исследований, недоступных для других существующих лазерных установок, изучать свойства материалов при высокоскоростном деформировании, распространение в веществе ударных волн, изучать многие свойства горячей плазмы, которые могут пригодиться и астрофизикам и при проектировании термоядерных реакторов.
В настоящее время происходит создание инфраструктуры под размещение лазера. Установка разместится на первом этаже научно-лабораторного корпуса НИЯУ МИФИ в помещениях общей площадью 600 квадратных метров, а её сердцем будет «Лазерный зал» площадью 300 квадратных метров где в условиях «чистой зоны» разместится крупногабаритное лазерно-оптическое оборудование.