Лазер с ядерной накачкой

Ла́зер с я́дерной нака́чкой (ЛЯН), устройство, в котором энергия продуктов ядерной реакции непосредственно преобразуется в энергию лазерного излучения. При торможении продуктов ядерной реакции в активной среде происходит возбуждение и ионизация её атомов, т. е. образуется ядерно-возбуждаемая плазма, в которой реализуется инверсная населённость уровней её компонентов и за счёт вынужденных переходов и при наличии обратной связи происходит генерация излучения.

Эффективность активной среды характеризуется коэффициентом преобразования, определяемым как отношение энергии лазерного излучения к вложенной в среду энергии продуктов ядерной реакции. Известно около тридцати активных сред (преимущественно газовых), при ядерной накачке которых получена лазерная генерация в видимой и инфракрасной областях спектра. Максимальный коэффициент преобразования составляет около 2–3 % (смесь ${\displaystyle {\text{Ar-Xe}}}$, длина волны ${\displaystyle \lambda }$=1,73 мкм).

Наиболее эффективной ядерной реакцией для накачки ЛЯН является цепная ядерная реакция деления ядер урана нейтронами. Схема одного из вариантов ячейки газового лазера с накачкой осколками деления урана (лазерного канала) приведена на рисунке. В тонкой металлической трубе с урановым покрытием находится газовая активная среда. Тепловые нейтроны вызывают деление ядер ${\displaystyle ^{235}{\text{U}}}$ в покрытии. Часть осколков деления при торможении во внутреннем объёме лазерного канала создаёт ядерно-возбуждаемую плазму, в которой, как и в традиционных лазерах, инверсия населённостей приводит к генерации излучения. Для одного лазерного канала достигнутые на 2008 г. значения пиковой мощности и энергии в импульсе лазерного излучения составляют около 50 кВт и 25 Дж соответственно (смесь ${\displaystyle {\text{He-Ar-Xe}}}$, ${\displaystyle \lambda }$=2,03 мкм). Лазер на одном канале применяется лишь в научных исследованиях.

Лазер с ядерной накачкой, в котором используется не один лазерный канал, а их сборка с эффективным коэффициентом размножения нейтронов, близким к единице или равным ей, называют, соответственно, импульсной лазерной системой с накачкой от ядерного реактора или квазинепрерывным реактором-лазером. Достоинствами таких установок являются огромная энергоёмкость, компактность, автономность ядерного реактора как источника накачки, возможность накачки практически неограниченных объёмов активных сред благодаря высокой проникающей способности нейтронов в размножающих системах. Это открывает перспективу развития нового направления использования ядерной энергии – ядерно-лазерной энергетики.