ليزر مضخّم نوويًا

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يُضخ الليزر النووي باستخدام طاقة شظايا الانشطار . يُحصر وسط الليزر داخل أنبوب مُبطّن باليورانيوم-235 ، ويُعرّض لتدفق نيوتروني عالٍ في قلب مفاعل نووي . تُولّد شظايا انشطار اليورانيوم بلازما مُثارة ذات توزيع عكسي لمستويات الطاقة، والتي تُصدر الليزر. تستخدم طرق أخرى، مثل ليزر الهيليوم-أرغون، تفاعل He(n,p)H، وهو تحوّل الهيليوم-3 في تدفق نيوتروني، كمصدر للطاقة، أو باستخدام طاقة جسيمات ألفا .

قد تحقق هذه التقنية معدلات إثارة عالية بأحجام ليزر صغيرة.

بعض الأمثلة على وسائط الليزر:

تطوير

بدأ البحث في الليزر المُضخّم نوويًا في أوائل سبعينيات القرن الماضي، عندما عجز الباحثون عن إنتاج ليزر بطول موجي أقصر من 110  نانومتر، بهدف الوصول إلى ليزر الأشعة السينية . عندما تصبح أطوال موجات الليزر قصيرة جدًا، يتطلب الليزر كمية هائلة من الطاقة، والتي يجب توفيرها في فترة زمنية قصيرة للغاية. في عام 1975، قدّر جورج تشابلين ولويل وود من مختبر لورانس ليفرمور الوطني أن "ضخ ليزر بقوة 10 كيلو إلكترون فولت (0.12 نانومتر) يتطلب حوالي واط واحد لكل ذرة" في نبضة مدتها "10⁻¹⁵ ثانية مضروبة في مربع الطول الموجي بالأنجستروم". ولأن هذه المشكلة كانت غير قابلة للحل بالمواد المتاحة، ولأن مذبذب الليزر لم يكن فعالًا، اتجه البحث نحو ابتكار مضخات تستخدم البلازما المُثارة. استخدمت المحاولات المبكرة ليزرات عالية الطاقة لإثارة البلازما، بهدف إنتاج ليزر ذي طاقة أعلى. كانت النتائج باستخدام هذه الطريقة غير مُرضية، ولم تُحقق الهدف المنشود. اقترح علماء ليفرمور لأول مرة استخدام التفاعل النووي كمصدر للطاقة عام 1975. وبحلول عام 1980، نظر ليفرمور في كلٍ من القنابل النووية والمفاعلات النووية كمصادر طاقة مُجدية لليزر الأشعة السينية. وفي 14 نوفمبر/تشرين الثاني 1980، أُجري أول اختبار ناجح لليزر الأشعة السينية المُشغل بالقنبلة. في البداية، حظي استخدام القنبلة بتأييد أكبر من استخدام الليزر المُشغل بالمفاعل نظرًا لقدرتها على إنتاج شعاع أكثر كثافة. كرّس ليفرمور أبحاثه بالكامل تقريبًا للدفاع الصاروخي باستخدام ليزر الأشعة السينية. تمثلت الفكرة في تركيب نظام من القنابل النووية في الفضاء، حيث تُشغل كل قنبلة منها حوالي 50 ليزرًا. عند الانفجار، تُطلق هذه الليزرات النار، وتُدمر نظريًا عشرات الصواريخ النووية القادمة دفعة واحدة. وجد معارضو هذه الخطة العديد من العيوب في هذا النهج، وتساءلوا عن جوانب مثل الطاقة، والمدى، والدقة، والجوانب السياسية، وتكلفة عمليات النشر هذه. في عام 1985، كشف اختبار بعنوان "جولدستون" أن الطاقة المُوَصَّلة أقل مما كان يُعتقد. كما فشلت محاولات تركيز الليزر.

بدأت اختبارات ليزر الاندماج (الليزر المُشغَّل بالمفاعلات النووية) بعد نجاح ليزر الاندماج المُشغَّل بالقنابل النووية. ورغم تكلفتها الباهظة (التي قُدِّرت بنحو 30,000 دولار أمريكي لكل اختبار)، إلا أن البحث كان أسهل نظرًا لإمكانية إجراء الاختبارات عدة مرات يوميًا وإعادة استخدام المعدات. في عام 1984، حقق أحد الاختبارات أطوال موجية أقل من 21  نانومتر، وهو أقرب ما يكون إلى ليزر الأشعة السينية الرسمي حتى ذلك الحين. (توجد تعريفات عديدة لليزر الأشعة السينية، بعضها يشترط طولًا موجيًا أقل من 10  نانومتر). اعتمدت طريقة ليفرمور على إزالة الإلكترونات الخارجية من الذرات الثقيلة لإنتاج مادة شبيهة بالنيون. عند عرض نتائج الاختبار في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية ، تساوت نجاحات تجربة أخرى من جامعة برينستون، والتي تفوقت على تجربة ليفرمور من حيث الحجم والتكلفة والطول الموجي المقاس والتضخيم. استمر البحث في مجال الليزر المُشغَّل نوويًا، ولا يزال في طليعة هذا المجال. [ 1 ] [ 2 ]

الاستخدامات

تم اقتراح ثلاثة استخدامات على الأقل لأشعة الليزر التي يتم ضخها بواسطة القنابل.

الدفع

يُعدّ الدفع بالليزر طريقة بديلة مثالية لإطلاق الأجسام إلى المدار، إذ تتطلب هذه الطريقة وقودًا أقل، ما يعني إطلاق كتلة أقل. ويُعتبر الليزر المُضخّم نوويًا مثاليًا لهذه العملية. يتطلب الإطلاق باستخدام الدفع بالليزر شدة عالية، ونبضات قصيرة، وجودة عالية ، وقدرة خرج عالية. ومن الناحية النظرية ، يُمكن لليزر المُضخّم نوويًا تلبية هذه المتطلبات. [ 3 ]

تصنيع

إن خصائص الليزر المضخّم نووياً تجعله مثالياً للتطبيقات في اللحام العميق، وقطع المواد السميكة، والمعالجة الحرارية للمعادن، وترسيب البخار للسيراميك، وإنتاج الجسيمات ذات الحجم دون الميكرون. [ 4 ]

سلاح

كان برنامج "إكسكاليبور" جزءًا من مبادرة الدفاع الاستراتيجي للرئيس ريغان. وقد طرحت مختبرات ليفرمور الفكرة الأولية، ثم قام إدوارد تيلر بتطويرها وعرضها على الرئيس. وتم منح الإذن بمتابعة المشروع، على الرغم من التقارير التي تفيد بأن ريغان كان مترددًا في إدراج الأسلحة النووية ضمن خطة الدولة لمواجهة الأسلحة النووية. وبينما كانت الاختبارات الأولية واعدة، إلا أن النتائج لم تصل إلى المستويات المقبولة. وفي وقت لاحق، اتُهم كبار العلماء بتزوير التقارير. وتم إلغاء مشروع "إكسكاليبور" بعد عدة سنوات. [ 5 ]

مراجع

  1. ↑ هيشت، جيف. "تاريخ ليزر الأشعة السينية". أخبار البصريات والفوتونيات. الجمعية البصرية الأمريكية، 2013. http://www.osa-opn.org/home/articles/volume_19/issue_5/features/the_history_of_the_x-ray_laser/#.UX3l-spUK0h
  2. ↑ ريردن، ستيفن ل.، الكونغرس ومكتب إدارة الدولة. 21 مايو 1997. http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a338619.pdf
  3. ↑ بودي، فريدريك ب. "ليزر ضخ هيليوم/أرغون/زينون بقدرة 200 ميغاواط وطول موجي 2.026 بيكومتر للدفع الفضائي". تقنيات الضوء الأيوني. https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1312158
  4. ↑ ليبينسكي، آر جيه؛ ماك آرثر، دي إيه. "تطبيقات الليزر المضخّم بالمفاعل". مختبرات سانديا الوطنية. 1 أكتوبر 1994. http://www.osti.gov/energycitations/product.biblio.jsp?osti_id=10186309
  5. ↑ تومسن، ديتريش إي. (14 ديسمبر 1985). "الدفاع الاستراتيجي عن مبادرة الأشعة السينية". المكتبة الحرة. (1985). تم الاسترجاع في 8 مايو 2013 من http://www.thefreelibrary.com/Strategic+defense+of+X-ray+initiative.-a04060251