Россия запускает гигантский лазер для испытаний ядерного оружия

В закрытом городе Сарове, к востоку от Москвы, ученые заняты работой над проектом, который поможет развивать российское ядерное оружие в долгосрочной перспективе. Внутри огромного объекта высотой в 10 этажей и площадью двух футбольных полей строят объект, официально известный как УФЛ-2М, или, как его окрестили российские СМИ, «Царь-лазер». Когда проект будет завершен, это окажется самый мощный лазер в мире.


Высокоэнергетические лазеры могут концентрировать энергию на группах атомов, повышая температуру и давление, чтобы начать ядерные реакции. Ученые могут использовать их для моделирования того, что происходит, когда детонирует ядерная боеголовка. Создавая взрывы в небольших образцах материала — будь то исследовательские образцы или крошечные количества существующего ядерного оружия — ученые могут затем рассчитать, как, вероятно, поведет себя полномасштабная бомба. Со старой боеголовкой есть возможность проверить, насколько деградировал ее заряд за годы хранения. Лазерные эксперименты позволяют проводить испытания, не взрывая заряд.

До сих пор Россия была уникальной среди ядерных держав тем, что не имела высокоэнергетического лазера. В Соединенных Штатах есть Установка NIF, которая в настоящее время является самой мощной лазерной системой в мире. Ее 192 отдельных луча вместе дают 1,8 мегаджоуля энергии. С одной стороны, мегаджоуль не является огромным количеством — он эквивалентен 240 пищевым калориям, подобно легкому обеду. Но концентрация этой энергии на крошечном участке может привести к очень высоким температурам и давлениям. Во Франции есть свой лазерный мегаджоуль: 80 лучей в настоящее время дают 350 килоджоулей, хотя к 2026 году планируется иметь 176 лучей, дающих 1,3 мегаджоуля. Британский лазер Orion производит 5 килоджоулей энергии; Китайский лазер SG-III, 180 кДж.

Царь-лазер превзойдет их всех. Как и NIF, он будет иметь 192 луча, но с более высокой общей мощностью 2,8 мегаджоуля. В настоящее время запущена только первая очередь. На заседании Российской академии наук в декабре 2022 года официальный представитель сообщил, что в нынешнем состоянии лазер может похвастаться 64 лучами. Их общая мощность составляет 128 килоджоулей, что составляет 6 процентов от запланированной конечной мощности. По словам чиновника, следующим шагом будет их тестирование.


— Стефано Ацени, физик из Римского университета.

В экспериментах лазеры трансформируют опытные образцы в высокоэнергетическое состояние материи, известное как плазма. В газах, твердых телах и жидкостях электроны обычно тесно связаны с ядрами своих атомов, но в плазме они перемещаются свободно. Плазма испускает электромагнитное излучение, такое как вспышки света и рентгеновские лучи, и частицы: электроны и нейтроны. Измерения излучений позволяет ученым экстраполировать, как поведет себя боеголовка в реальности.

Исследователи использовали лазеры для испытаний ядерного оружия, по крайней мере, с 1970-х годов. Сначала они объединили их с подземными испытаниями реального оружия, используя данные для построения теоретических моделей поведения плазмы. Эти системы не идеальны.


— Стефано Ацени.

Тем не менее кроме непосредственно взрыва ядерного заряда, лазерные эксперименты — лучший способ предсказать, как поведет себя ядерное оружие. Также они позволяют наблюдать, как материалы в боеголовках, деградируют в течение многолетнего срока службы. Информация, полученная в результате экспериментов, также может помочь выяснить, как эти материалы ведут себя при экстремальных температурах и давлении в момент ядерного взрыва.