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オリオンレーザー施設(オリオン レーザーとも呼ばれる) は、イギリスの 旧RAF アルダーマストン基地の原子力兵器施設(AWE)に拠点を置く高出力レーザー施設です。
オリオンの建設は2006年に始まり、最初の発射は2010年に行われました。 [1]この建物には大型のネオジムガラスレーザーシステムとターゲットチャンバーが収容されており、英国最大の高エネルギー密度物理学の実験施設となっています。[2]
オリオンは、10本の「長パルス」1ナノ秒持続ビームと2本のペタワット（PW）「短パルス」0.5ピコ秒持続ビームを発射します。また、この施設は、レーザー相互作用によって生成されるプラズマ状態を理解するために、包括的な光学、粒子、X線プラズマ診断スイートも提供します。[3] [4]
オリオンは、実弾実験を禁止する包括的核実験禁止条約（CTBT）の英国批准のもと、核弾頭の安全性、信頼性、性能をそのライフサイクル全体にわたってサポートするというAWEの中核ミッションにおいて重要な役割を果たしている。 [4] [5]核爆発の中心部で見られる極端な温度、圧力、密度を研究のために再現し、これらの環境で発生する物理現象を理解することができる。[6]
オリオンはまた、英国および国際的に共同の学術研究に一定の時間を費やしており、これはラザフォード・アップルトン研究所の中央レーザー施設による学術ピアレビュープロセスを通じて管理されています。[6]学術研究は、慣性核融合エネルギー、惑星および太陽物理学、高エネルギー粒子加速、ブラックホールなどに関連する条件にまで及びます。
歴史
AWE（正式名称AWRE、原子兵器研究施設）は国防省の研究施設である。CTBTの時代、核実験を行わずに核兵器の信頼性をテストし、維持する広範な備蓄管理プログラムを通じて英国の核防衛に重要な役割を果たしている。[5] AWREは1973年に国防省の管理下に入り、1987年に2つの王立兵器工場と合併して原子兵器研究所となった。[1]
AWREは英国におけるレーザーの研究開発の初期の担い手でした。1962年に高出力レーザーグループを設立し、AWREプログラムに関係する可能性のある幅広いレーザーと関連する高出力技術を調査しました。[7]備蓄管理におけるレーザーの可能性は、1970年代にAWREの科学者ブライアン・トーマスによって認識されました。トーマスは、放射線流体力学と物質特性のあまり理解されていない側面を測定できると仮定しました。こうして、AWREプログラムにおけるレーザー技術の応用が始まりました。
高出力レーザーへの投資は、英国が責任ある核兵器国となるという公約の一環として継続され、安全性と備蓄管理を継続した。AWREが社内にレーザー能力を持つことは不可欠であり、オリオンの前身であるHELEN（高エネルギーレーザー内蔵ネオジム）の建設は1976年に完了した。この施設は、交換されるまでほぼ30年間稼働していた。[7]
HELENの後継機として多くの可能性が検討されたが、AWEのさまざまな実験目的に必要な実験条件と、それを実現するために必要なレーザーパラメータが、オリオンの開発を正当化する上で重要な役割を果たした。[7]
さらに、ピコ秒レーザーパルスをPWレベルまで増幅する技術であるチャープパルス増幅の開発により、このような実験に必要な条件を満たす手頃な価格の超高出力レーザー施設の設計が可能になり、共同研究の可能性も提供されました。 [7]
AWEは2003年から2004年にかけてオリオンの設計の実現可能性調査を実施し、 2005年に国防省の承認を得た。建設、設置、初期実証段階を含む正式なプロジェクトは、1億7000万ポンドの予算内で2010年に完了した。オリオンは2013年に完全に運用を開始した。[4] [7]
説明
オリオンは、柔軟なパルス成形により、1ナノ秒で351nmで500Jを供給する最大10本の「長パルス」ビームと、半ピコ秒（1PW）で1053nmで最大500Jを供給する2本の「短パルス」ビームを照射することができる。[6] [7]これらのビームは、オリオンの直径4メートル（13フィート）の真空チャンバー内のターゲットに焦点を合わせられる。このデュアルパルス設計により、長パルスビームでターゲットを圧縮し、1つの短パルスでターゲットを加熱し、2番目の短パルスで診断することが可能になる。[7]
オリオンには光学、X線、荷電粒子、中性子の診断装置も多数搭載されており、その多くは診断挿入装置に搭載可能です。[3]
オリオンは「ショットディレクター」モデルで運用されており、1人の担当者がレーザーショットのあらゆる側面を担当しています。これにより、ビームが安全かつ正確にターゲットに届くように、操作の監視と制御のレベルが向上します。[7]
オリオンはユーザーの要求を満たすためにもアップグレードされました。「長パルス」ビームの持続時間は 5 ns から 10 ns に延長され、ビームラインを他のビームラインに遅延させるオプションが追加されました。短パルスビームラインの 1 つは、コントラストを高めるために周波数が 2 倍にされ (絞り込み)、オリオンはコントラストが約 10 18の約 200 TW のパルスを生成できるようになりました。これは世界中の施設の中で最も高いコントラストです。[4] [7]
研究
オリオンの主な用途はCTBTに基づく核備蓄管理のためのAWEミッションですが、この施設での研究は材料科学やプラズマ物理学からレーザー科学の理解を深める技術の開発まで、多くの分野にわたります。[6] [8]
この施設は、最大15%の時間を学術研究に充てています。[9] Orionへの学術的アクセスは、中央レーザー施設の高出力レーザー施設アクセスパネルを通じて管理されるピアレビュープロセスを通じて手配されます。Orionは、ヨーロッパの研究コミュニティに大陸全体のレーザー施設へのアクセスを提供し、共同技術開発に従事するためのイニシアチブであるLaserlab Europeの一部でもあります。[7]
AWE は、英国および国際的に数多くの科学協力を調整しています。たとえば、オックスフォード大学の研究グループであるオックスフォード高エネルギー密度科学センター (OxCHEDS) と緊密なパートナーシップを結んでいます。このセンターは、極度の温度と圧力の条件下での物質を研究しています。[10] OxCHEDS は、AWE のオリオン レーザーを利用できるだけでなく、研究グループ内の多数の学生や学者に対する AWE のスポンサーシップの恩恵も受けています。[11]同様の取り決めは、インペリアル カレッジ ロンドンのプラズマ物理学グループとも行っており、放射天体物理学的衝撃の研究などの分野での実験が行われています。[7]
その他の協力には、米国の国立点火施設や中央レーザー施設のバルカンレーザー施設など、世界の先進的なレーザー施設との協力が含まれます。 [2]
参照
参考文献
- ^ ab 「私たちの歴史 – AWE」。
- ^ ab 「オリオンレーザー – AWE」。
- ^ ab 「オリオンレーザー – AWE」。
- ^ abcd 4. Hopps, Nicholas et al. “オリオンレーザー施設の包括的な説明”、プラズマ物理学と制御核融合、57(06402) (2015)
- ^ ab 「英国の核抑止力：知っておくべきこと」
- ^ abcd 「CLF Orion: アカデミックアクセス」。
- ^ abcdefghijk 7. ダンソン、コリン他著「英国における高出力レーザー研究開発の歴史」ケンブリッジ大学出版局（2021年）
- ^ 「Orion publications – AWE」.
- ^ 「Orion レーザーを他のユーザーに開放 – AWE」。
- ^ 「オックスフォード高エネルギー密度科学センター（OxCHEDS）」。
- ^ 「AWE物理学学生会議2021」。2021年5月18日。
外部リンク
科学者によるオリオンの利用方法
オリオンへの学術的アクセス
51°22′N 1°08′W / 51.36°N 1.14°W / 51.36; -1.14