核励起レーザー

核励起レーザーは、核分裂片のエネルギーで励起されるレーザー です。レーザー媒体はウラン 235で裏打ちされたチューブに封入され、原子炉の炉心で高中性子束にさらされます。ウランの核分裂片は、エネルギー レベルの逆数分布を持つ励起プラズマを生成し、レーザーを発します。He-Ar レーザーなどの他の方法では、He(n,p)H 反応、つまり中性子束でのヘリウム 3の変換をエネルギー源として使用したり、アルファ粒子のエネルギーを利用したりすることができます。

この技術により、小さなレーザー体積で高い励起率を達成できる可能性があります。

レーザー媒体の例:

• 二酸化炭素
• ³ヘリウム-アルゴン
• ³ヘリウム-クリプトン
• ³ヘリウム-キセノン

核励起レーザーの研究は、研究者らが 110 nm より短い波長のレーザーを生成できず、最終目標としてX 線レーザーの作成を目標とした 1970 年代初頭に開始されました。レーザーの波長がその程度短くなると、レーザーには膨大な量のエネルギーが必要となり、それを極めて短時間で供給する必要もあります。1975 年にローレンス リバモア国立研究所のGeorge ChaplineとLowell Woodは、「10 keV (0.12 nm) のレーザーを励起するには、1 原子あたり約 1 ワットの電力が必要」であり、パルスは「10 ⁻¹⁵秒 x 波長の 2 乗 (オングストローム)」であると推定しました。この問題は手持ちの材料では解決できず、レーザー発振器も機能しなかったため、研究は励起プラズマを使用するポンプの作成に移りました。初期の試みでは、高出力レーザーを使用してプラズマを励起し、さらに高出力のレーザーを作成しました。リバモアの科学者は、1975 年に核反応を動力源として使用することを初めて提案しました。1980 年までに、リバモアは、核爆弾と原子炉の両方を X 線レーザーの実現可能なエネルギー源として検討しました。1980 年 11 月 14 日、爆弾駆動 X 線レーザーの最初の成功したテストが実施されました。爆弾の使用は、原子炉駆動レーザーよりも当初は支持されていました。これは、より強力なビームを発射できるためです。リバモアの研究は、ほぼ完全にX 線レーザーを使用したミサイル防衛に費やされました。アイデアは、宇宙に核爆弾システムを搭載し、これらの爆弾がそれぞれ約 50 個のレーザーに電力を供給するというものでした。爆発すると、これらのレーザーが発射され、理論的には数十個の飛来する核ミサイルを一度に破壊します。この計画の反対者^{[誰? ]}は、このようなアプローチに多くの欠陥を見つけ、そのような配備のパワー、範囲、精度、政治、コストなどの側面に疑問を呈しました。1985 年、「ゴールドストーン」と題されたテストにより、供給されるパワーが予想よりも低いことが明らかになりました。レーザーを集中させる試みも失敗した。

核融合レーザー（原子炉駆動レーザー）は、爆弾駆動レーザーが成功した後にテストが開始されました。非常に高価（1回のテストあたり3万ドルと推定）でしたが、1日に数回テストを実施でき、機器を再利用できるという点で研究は容易でした。1984年、テストで21nm未満の波長が達成されました。これは、公式のX線レーザーに最も近いものでした。（X線レーザーには多くの定義があり、その中には10nm未満の波長を必要とするものもあります）。リバモア法は、重原子の外側の電子を除去して「ネオンのような」物質を作成するというものでした。アメリカ物理学会で発表されたとき、このテストの成功は、プリンストン大学の実験によって共有されました。この実験は、サイズ、コスト、測定波長、増幅の点でリバモアのテストよりも優れていました。核ポンプレーザーの分野では研究が続けられており、この分野の最先端を走り続けています。^{[1] [2]}

爆弾励起レーザーの用途としては、少なくとも 3 つが提案されています。

レーザー推進は、物体を軌道に乗せるのに最適な代替推進方法です。この方法では燃料が少なくて済むため、打ち上げられる質量が少なくて済みます。この操作には核ポンプレーザーが最適です。レーザー推進による打ち上げには、高強度、短パルス、高品質、高出力が必要です。核ポンプレーザーは理論的にはこれらの要件を満たすことができます。^[3]

核励起レーザーの特性は、深切り溶接、厚い材料の切断、金属の熱処理、セラミックの蒸着、サブミクロンサイズの粒子の製造などの用途に最適です。 ^[4]

エクスカリバー計画と名付けられたこの計画は、レーガン大統領の戦略防衛構想の一部であった。リバモア研究所が最初のアイデアを考案し、エドワード・テラーがそれを発展させて大統領に提案した。レーガン大統領は核兵器を国家の核兵器対策計画に組み込むことに消極的だったと伝えられているが、計画を進める許可は与えられた。最初のテストは有望だったが、結果は許容レベルに達しなかった。後に、主導的な科学者が報告書を偽造したとして告発された。エクスカリバー計画は数年後に中止された。^[5]

• IPPE: 核励起レーザーの動作原理 - 図を含む
• 概要: 核励起レーザー II
• 1979年NASAの核反応を利用してレーザービームを直接駆動する報告書
• 核励起レーザー。M. プレラス書誌
• リアクターポンプレーザーのパワービーミングへの応用、Repetti、TE 1991。
• 低濃縮ウランを用いた核励起レーザー用パルス炉システム。小原、竹澤。エネルギー変換と管理第49巻第7号、2008年7月、第13回新興核エネルギーシステムに関する国際会議