В Национальном центре физики и математики стартует сооружение мощного лазерного комплекса «Мультитера». С помощью установок класса миди- и мегасайенс ученые надеются достичь результатов, ранее недоступных физическим экспериментам. Некоторые параметры встречаются в природе разве что у нейтронных звезд. С подробностями — Андрей Савельев, профессор, заведующий кафедрой физики и руководитель магистерской программы «Экстремальные электромагнитные поля, релятивистская плазма и аттосекундная физика» в филиале МГУ в Сарове.
— Какие направления научной программы НЦФМ рассматриваются как ключевые?
— Расскажу о направлениях в области физики лазеров, которой я занимаюсь. Задачи, связанные с физикой взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом, решаются в рамках четвертого направления научной программы НЦФМ «Физика высоких плотностей энергии». В ближайшее время начнется строительство здания под миди-сайенс-лабораторию «Мультитера», ядром которой будет 20-тераваттный фемтосекундный лазер. 20 ТВт — это пиковая мощность импульсов. Лазер фемтосекундный именно потому, что длительность его импульсов будет всего около 20 фемтосекунд (1 фс = 10−15 с). Этот инструмент позволит в ближайшее время начать практическую подготовку кадров для мегасайенс-установки XCELS и исследования физики экстремальных световых полей.
Запуск XCELS — это более отдаленное будущее, но не сказать о ней нельзя. На XCELS мы планируем достичь интенсивности и пиковых мощностей лазерного излучения, которых пока даже близко не удалось достичь нигде в мире. Сейчас идет разработка научной программы и базовых, начальных элементов, из которых будет состоять эта система. На ней планируется и ускорение электронов до тераэлектронвольт — показатели крупных коллайдеров, и «пробой вакуума», то есть рождение электрон-позитронных пар и гамма-всплесков. Потенциально установка решит и множество других задач, в том числе прикладных. Сейчас специалисты Института прикладной физики РАН начали работу над первыми прототипами отдельных составляющих XCELS.
— Будет ли развиваться в НЦФМ ядерная фотоника?
— Это относительно новая область науки, которой занимаются мои коллеги в рамках шестого направления научной программы НЦФМ «Ядерная и радиационная физика». Лазерщики и ядерные физики понимают ядерную фотонику немного по-разному. Мы воспринимаем ее как область науки, где с помощью лазерного излучения можно затронуть физику ядра: это и лазерное ускорение электронов и ионов, и генерация гамма-излучения, которое обеспечивает взаимодействие с ядрами атомов. Ядерным же физикам не важно, как сформирован источник частиц, воздействующих на ядро. Но конечная наша задача одна — изучение свойств ядер. С этой целью в НЦФМ будет создана еще одна лаборатория класса миди-сайенс — ядерной фотоники. Здесь планируется создание укорителя электронов до энергии 750 МэВ с накопительным кольцом, на котором будет точка взаимодействия с синхронизованным лазерным импульсом. Мы сможем получать уникальный по параметрам высокоинтенсивный узконаправленный пучок гамма-излучения с узким спектром и перестраиваемой энергией квантов. В зависимости от энергий электронов это будет диапазон от десятков килоэлектронвольтов до десятков мегаэлектронвольтов.
Второе важное направление по ядерной фотонике в центре — прямое ускорение электронов лазерным излучением для получения пучков высоких энергий с возможностью последующего рассеяния на этом пучке того же лазерного излучения. В полной мере эти задачи будут решаться уже на установке XCELS. В рамках этого направления у нас в планах стоят самые разные задачи: и исследование изомерных состояний, и получение пучков нейтронов, и многое другое.
При «Мультитере» будет лаборатория лазерного ускорения, в первую очередь электронов и ионов. Что касается XCELS, то на ней не менее 50 % программы исследований будут посвящены тематике ускорения электронов и ионов, возможно, и позитронов, в том числе получению рекордных энергий этих частиц. Для электронов — энергии в тераэлектронвольтах либо электронных зарядов в десятки и сотни нанокулонов при длительности банча, всплеска электронов, около 1 пикосекунды (1 пс = 10-12 с). Конечно, пучки с такими рекордными зарядами не будут иметь рекордных энергий — «всего лишь» сотни мегаэлектронвольт, но подобный большой заряд крайне важен для решения целого ряда фундаментальных и прикладных задач.
Полный материал читайте в отраслевой газете «Страна Росатом».