Лазерный мир

Недавно исполнилось 80 лет выдающемуся физику, научному руководителю института, академику РАН Александру Григорьевичу Литваку, работы которого легли в основу ряда новых направлений в физике. Как еще в 2011 году сказал автору этих строк Жерар Муру, крупнейший в мире специалист в области мощных лазеров, получивший Нобелевскую премию за работы в этом направлении и несколько лет проработавший в Институте прикладной физики (кстати, он соавтор ряда совместных работ с Литваком), «работы Александра Литвака заложили теоретические основания сверхмощных лазеров еще сорок лет назад и являются, безусловно, работами нобелевского уровня».

ГИРОТРОНЫ И ВСЕ-ВСЕ-ВСЕ

— А как бы вы определили круг ваших собственных научных интересов?

— Начинал я как теоретик и занялся исследованием нелинейных электромагнитных явлений в плазме. Как раз в это время появились лазеры, появились мощные СВЧ-источники, и, естественно, возникли такие задачи, которые до этого совсем не рассматривались. Это можно считать везением (как говорят, оказался в нужный момент в нужном месте), но я стал одним из зачинателей этого уже востребованного крупного научного направления. Уже на этом этапе мною были исследованы новые нелинейные процессы, которые определяют характер взаимодействия экстремально интенсивных лазерных импульсов с плазмой в современных экспериментах, направленных на реализацию лазерного термоядерного синтеза, разработку новых методов ускорения частиц и исследование экстремального состояния вещества. На основе этой теории мной был предсказан важный эффект, возникающий при распространении пучка мощных радиоволн в ионосфере, который позднее был обнаружен в знаменитых американских и советских экспериментах по модификации ионосферы мощными радиоволнами и получил название «филаментация».

— Ваш институт — один из лидеров в исследованиях, связанных с экстремально интенсивным лазерным излучением. В каком состоянии сейчас эти разработки? Был ведь проект создания на базе вашего института самого мощного лазера в мире…

— Действительно, у нас сейчас самый мощный в России лазер. Созданный почти пятнадцать лет назад он имеет мощность 0,5 петаватта и поначалу входил в пятерку самых мощных лазеров мира. Просто для красивой иллюстрации: это примерно в 50 раз больше, чем мощность всей электроэнергетики на Земле. Но импульс очень короткий, 45 фемтосекунд. Длительность импульса — всего 15 длин волн оптического излучения.

В мире сейчас создаются еще более мощные лазеры. И в 2010 году мы предложили построить в России на базе нашего института лазерный комплекс мощностью 200 петаватт. Этот лазер, должен был превысить по мощности в 20 раз те лазеры, которые в это время начали создаваться в Европе, в Соединенных Штатах Америки — 10-петаваттные лазеры. Было решение комиссии по высоким технологиям под председательством Путина, который тогда был председателем правительства, о том, чтобы поддержать шесть проектов класса megascience по созданию в стране экспериментальных комплексов, по научному значению сопоставимых с международными проектами типа Большого адронного коллайдера или рентгеновского лазера XFEL. В постановление вошел и наш лазер под названием «Центр исследований экстремального света», ЦИЭС. Это очень амбициозный проект. Мы имели шансы стать мировым лидером, создав к нынешнему времени самый мощный лазер в мире, который откроет окно в совершенно новую физику. К примеру, даст возможность исследовать темную энергию. И этот проект был поддержан многими международными центрами и ведущими учеными мира, часть из них вошла в состав Международного консультативного совета центра, председателем которого стал получивший два года назад Нобелевскую премию профессор Жерар Муру. Важно, что этот комплекс мы собирались создавать на основе собственных технологий, в которых ключевую роль играет разработанная в институте уникальная технология скоростного выращивания водорастворимых кристаллов для параметрического усиления света. Прошло десять лет, и ничего у нас не случилось. Почему я сейчас об этом говорю? Потому что недавно получил сообщение, что в Бухаресте предъявлен к пуску лазерный комплекс из двух 10-петаваттных лазеров. Сооружение таких комплексов заканчивается также в Праге и около Будапешта, со сравнимыми параметрами есть лазеры в США, Корее и Китае. А мы пока так и остались на том же уровне, на котором были пятнадцать лет назад.

— А для каких целей нужны такие лазеры?

— С помощью этого лазера можно создать источники рентгеновского и гамма-излучения для измерений с рекордным временным и пространственным разрешением процессов, происходящих внутри атомов и молекул, получить новые состояния вещества при рекордных уровнях давления, исследовать неизвестные свойства вакуума. Можно «вскипятить» вакуум и получить электрон-позитронную плазму. Благодаря столь высокой интенсивности излучения фемтосекундные лазеры могут быть использованы в установках лазерного термоядерного синтеза для поджига реакции, для изучения процессов, происходящих в центре ядерного взрыва для моделирования в лабораторных условиях астрофизических и ранних космологических явлений. Такой лазер позволяет в компактном варианте проводить эксперименты, которые сейчас можно делать только на ускорителях типа Большого адронного коллайдера. Вышибая из мишени электроны и протоны, можно ускорять их до очень высоких энергий; фокусируя лазерное излучение на газовую струю, мы получим темпы ускорения атомов более гигаэлектронвольта на сантиметр. Это на четыре порядка больше, чем максимальный градиент ускорения, который сегодня получают на самых больших ускорителях электронов.

Петаваттный лазерный комплекс в Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде

ВЫСТОЯТЬ, ЧТОБЫ РАЗВИВАТЬСЯ

— В 1990-е годы многие научные учреждения очень сильно пострадали от резкого сокращения финансирования и массового отъезда сотрудников за рубеж или просто ухода из науки. Известно, что вашему институту удалось этого избежать. Почему и как?

— Во-первых, мы несколько консервативны. В данном вопросе это положительное свойство. У нас в институте существенную роль играют научные школы, потому что у нас все научные кадры выращены в составе института. Официальное признание ведущих научных школ и конкурсы на получение этого звания были введены в стране по предложению Андрея Викторовича Гапонова-Грехова еще в 1990-е годы. Ведущие научные школы — это научные коллективы, состоящие из нескольких поколений ученых, выращенных и работающих вместе на основе единых принципов и методов научной работы, взаимного уважения. Может быть, именно в силу возникающей на этой основе, если хотите, эмоциональной связи между учеными у нас было очень немного уехавших руководителей научных школ, существовавших в институте в 1990-е. А мы действительно знаем, насколько массовым был отъезд из некоторых других институтов.

Во-вторых, мы жили при советской власти в закрытом городе. Город Горький открыли только в конце 1991 года. И поэтому персональных контактов с иностранными учеными и научными учреждениями у нас было не так много. Это осложняло отъезд.

Но главное, мы сумели мобилизовать свои возможности и выйти с бизнес-инициативами, которые позволили заработать деньги, чтобы направить их именно на поддержание института и его сотрудников. Главный объект нашего бизнеса — это гиротроны, источники СВЧ-излучения, которые были созданы у нас в институте, и мы были и остаемся мировыми лидерами в их разработке и производстве. Для реализации бизнес-инициатив вокруг института его сотрудники создали ряд малых предприятий, которые заняты производством гиротронов, гироакустической техники, приборов оптической томографии.

Полное содержание статьи на https://stimul.online/articles/science-and-technology/podzhigatel-termoyadernoy-reaktsii/