Libmonster ID: ID-567

by Vera PARAFONOVA, journalist

Superstrong field physics today is in the focus of attention of some of the most representative scientific conferences. One of them-"Laser physics. Interaction of laser emission and matter"-took place in the town of Sarov (Nizhni Novgorod region) at the Russian Federal Nuclear Center "The All-Russian Research Institute of Experimental Physics (ARRIEP)".

Sarov, former Arzamas-16, was selected as the venue of the international forum. It is there that scientists created not just nuclear and thermonuclear weapons but also Europe's largest laser installations. The technology is making rapid headway. Thus, Dr. Sc. (Phys. & Math.), Director of the Non-linear Dynamics and Optics Section of the RAS Institute of Applied Physics (IAP) Alexander Sergeyev devoted a major part of his presentation to the joint IAP-ARRIEP project of building in Sarov one of the world's most powerful installations for generation of multi-petawatt * emission.

The invention of lasers by the founders of quantum electronics, then future academicians Nikolai Basov and Alexander Prokhorov and the American scientist Charles H. Townson (1964 Nobel Prize) has brought about a significant breakthrough by way of reducing the emission pulse length. It has proven feasible to produce subnanosecond pulses-less than nsec (10 -9 sec), down to a picosecond (10 -12 sec) and even a femtosecond (10 -15 sec). Now we can even talk in terms of attoseconds (10 -18 sec). First femtosecond lasers, generating emission with the pulse length of less than 100 fsec, were designed in the late 1980s. And now researchers have mastered the range of 5 fsec.

The attainment of such values has been facilitated by the advent of new laser crystals. Besides, the mechanism of self-locking of modes (electromagnetic eigentones) within lasers has been discovered, by virtue of which the broadband emission with varying wavelengths generated by a crystal can be transformed into one flashing in super- short pulses. Finally, in mid-1990s optic mirrors were developed facilitating a controlled delay of reflected light waves depending on their frequency. The exploration of those three trends has brought us to the limit of pulse lengths attainable by laser generators.

So, what about the practical applications of supershort pulses? Today the dimensions of transistors, the backbone of modern computer technology, are of the order of tens of nanometers. Exploring processes going on in these semiconductor devices, constantly decreasing in


* Petawatt (peta=10 15 )-the power level following terawatt (tera=10 12 ). -Ed.

Pages. 58


size, requires pulses of femtosecond lengths. Typical "events" significant for modern electronics last less than a picosecond: such miniscule fraction of time is required for an electron to cross a distance of a few tens of nanometers.

Telecommunications offer another example. To transmit maximum volume of information within a unit of time, the emission should be as broadband as possible. The transmission range up to 10 Gbit/sec is practically attained and not just in optic systems. But if we are to attain a rate over one terabit per second, then the fsec range is unavoidable.

Another sphere where pulse length sets the tone is the generation of superstrong electromagnetic fields. To obtain those, we must either build up energy or reduce time, or narrow the focal point of the emission. Energy buildup will require more and more condensers. Incidentally, the most unique structure in Eurasia, the ARRIEP Iskra-5 laser complex, occupies a whole building.

A more effective solution of the problem is to reduce pulse length, effectively increasing the intensity of the emission. Even now in some laser systems it reaches 10 20 - 10 21 W/cm 2 . Exposed to such radiation, matter will pass into a new state-plasma with amazing properties we still know very little of. It becomes a source of an X-ray emission with an enormous quantum energy, up to a y- range, and emits high-energy ions (up to tens of MeV). Such effects may be used in various areas-from elementary particle physics to medicine.

And those are far from all applications of femtosecond optics. Its capacities, both realizable practically and potential, rank this section of physics among those making the most rapid progress.

There is still another sphere of laser pulse applications which has no direct connection with either quick processes or strong fields. Back in 1960s scientists learned to locate submarine objects at the depths of a few dozens of meters with nanosecond laser emission. As for femtosecond emission, it allows to probe the heterogeneity of biological tissue with the resolution of the order of 10 mm. It is at such depth that many pathologies develop, including oncological diseases.

IAS has developed femtosecond optic tomographs for non-invasive optical biopsy. As distinct from conventionally accepted methods, this one allows to avoid cutting tissue fragments-its structure in the area between epithelium and subiculum is made clearly seen. Five years back Nizhni Novgorod physics and physicians used these instruments to produce world's first tomographic albums of practically any internal organ making a weighty contribution to a new scientific branch-optic tomography.

Harnessing thermonuclear synthesis means to learn to control the deuterium/tritium synthesis reaction in order to generate power. Heated up very quickly, e.g., with a laser pulse, their mixture will linger to disperse, having some inertia. This is the essence of the method of inertial plasma trapping.

Installations for laser thermonuclear synthesis (like Iskra-5) are provided with a plasmic chamber in the center of which a deuterium/tritium target is placed. Focused on it is the emission of several powerful laser beams with the pulse length as small as 10 -10 sec and the total power of the

Pages. 59


order of 10 14 W. Expanding gases and light pressure should compress the deuterium/tritium mixture approximately 50 thousand times and heat it up to 10 keV (about 120 mln o C). The sheathing holding the mixture will evaporate, the pressure in the latter will reach 1 million atmospheres and the density 50 - 100 g/cm (such conditions persist only as long as the laser pulse is active). It is at this point that thermonuclear reaction may be triggered off producing neutrons and a large quantity of energy-17.6 MeV during each act of synthesis.

Therefore, in the thermonuclear area the main task now is to "ignite" the target. A "quick" scheme is proposed for doing that: one powerful laser pulse is compressing the target, while another, a very short femtosecond pulse, applied from aside, ignites the thermonuclear fuel. That can be achieved only with the help of femtosecond lasers.

Research carried out in the USA, Japan and Russia has led to the creation of mathematical models allowing to design thermonuclear targets and identify the laser emission characteristics (energy, wave length, pulse shape, etc.) required for ignition in laboratory conditions. The latter requires higher energies than those developed by presently existing world installations. Hence, new generations lasers are required. In USA and France they are already under construction and aim at the output energy of about 2 MJ. In Japan the KONGON installation is in development.

ARRIEP also has plans for the development of the present and creation of new powerful laser systems. Institute specialists have designed a next generation installation on glass on the basis of neodymium- Iskra-6. It will consist of 16 modules, of 8 laser channels each. Incidentally, the performance of neodymium lasers is higher than that of iodine ones used in Iskra-5 and the cost is less.

Now the first module of Iskra-6- Luch-is under construction. One laser channel is ready out of four with the total emission energy of 12 - 16 kJ. The key objective ofLuch is to verify the selection of Iskra-6 design, to test its key elements and, primarily, to create on its basis a unique femtosecond source of peta-watt power level to experimentally study the characteristic features of the "quick ignition" scheme. This is what Dr. Sergeyev

Pages. 60


says: "There are two factors that are important for us: the presence of a powerful kJ- laser in the ARRIEP Luch system and that we at RAS IAP grow wide-aperture non- linear crystals which are the backbone of the multi-petawatt parametric amplifier project. Its functioning is based on the phenomenon when a quantum of light going through a non-linear optic crystal splits in two. To get the optimum effect, we have synthesized unique water-soluble crys-tals-KDP and DKDP.

There are just two or three places in the world where something like this is manufactured. But crystals of such wide aperture, up to 40 cm in diameter, and of such high quality are hardly to be found anywhere else. Also, our technology allows to grow crystals at a rate of 10 mm a day which is very good.

So, at RAS IAP we are planning to build two parametric amplification cascades-up to the level of approximately 100 TW-and to test all operational concepts. Next we will install the system at ARRIEP and use one of the Luch channels for pumping. What we will get will be a petawatt machine.

And I would like to conclude by saying that in our research we are not trailing in anybody's wake but are exploring a new vein of our own. And the fact that US, UK and Japanese specialists are looking in the same direction just confirms our expectations.


© elib.be

Permanent link to this publication:

https://elib.be/m/articles/view/Vera-PARAFONOVA

Similar publications: L_country2 LWorld Y G


Publisher:

Belgium OnlineContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elib.be/Libmonster

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

Vera PARAFONOVA // Brussels: Belgium (ELIB.BE). Updated: 10.09.2018. URL: https://elib.be/m/articles/view/Vera-PARAFONOVA (date of access: 05.03.2026).

Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Belgium Online
Brussels, Belgium
638 views rating
10.09.2018 (2733 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
Buitenlandse leiders wiens eliminatie aan de Verenigde Staten is toegeschreven
Yesterday · From Belgium Online
Welke staatshoofden zijn door de VS vermoord?
Yesterday · From Belgium Online
In dit artikel wordt het fenomeen onderzocht van de deelname van de Verenigde Staten aan operaties om buitenlandse leiders uit te schakelen, dat een nieuw geluid kreeg door de geruchtmakende gebeurtenissen van 2025–2026 — de ontvoering van de president van Venezuela Nicolás Maduro en de dood van de hoogste leider van Iran, Ali Khamenei, als gevolg van een Amerikaans-Israëlische aanval. Op basis van analyse van historische documenten, deskundigenbeoordelingen en internationaalrechtelijke normen wordt de evolutie van de Amerikaanse benaderingen ten aanzien van het gebruik van geweldsmiddelen bij regimewisseling gereconstrueerd. Er wordt bijzondere aandacht besteed aan de tegenstelling tussen het officiële verbod op politieke moorden en de aanhoudende praktijk van toepassing daarvan onder nieuwe juridische gronden.
3 days ago · From Belgium Online
Dit artikel onderzoekt de cruciale strategische vraag of Rusland in staat is de Verenigde Staten te vernietigen met een nucleaire eerste slag, terwijl het erin slaagt een verwoestende vergeldingsreactie te voorkomen. Op basis van analyses van open-source-inlichtingen, de inzet van strategische strijdkrachten, officiële verklaringen en commentaar van deskundigen, ontleedt deze studie de technische, operationele en doctrinaire dimensies van deze kwestie. Bijzondere aandacht gaat uit naar de structuur van de Russische strategische strijdkrachten, de capaciteiten van de Amerikaanse nucleaire triade en vroegwaarschuwingssystemen, de rol van automatische vergeldingssystemen zoals 'Perimeter', en het fundamentele paradigma van strategische stabiliteit dat decennialang de relaties tussen de VS en Rusland heeft bepaald.
4 days ago · From Belgium Online
Dit artikel biedt een uitgebreide evaluatie van de Tomahawk-kruisraket, een van de veelzijdigste en meest gebruikte precisie-geleide wapens in het moderne militaire arsenaal. Gebaseerd op analyse van officiële defensiebronnen, historische gevechtsverslagen en technische specificaties, reconstrueert het artikel de evolutie, het ontwerp en de strategische rol van dit wapenstelsel. Bijzonder veel aandacht gaat uit naar zijn geleidingstechnologie, gevechtsgeschiedenis, de onlangs gemoderniseerde Block V-varianten, en de geopolitieke implicaties van de mogelijke overdracht ervan aan Oekraïne.
4 days ago · From Belgium Online
Dit artikel onderzoekt de complexe en duurzame aard van de conflicten van Israël met zijn buurlanden en actoren. Gebaseerd op een analyse van historische gebeurtenissen, politieke verklaringen, internationale overeenkomsten en hedendaagse geopolitieke analyses, reconstrueert het artikel de veelzijdige redenen achter de aanhoudende staat van oorlog en spanning. Bijzondere aandacht gaat uit naar de fundamentele ideologische en territoriale geschillen, de impact van de Zesdaagse Oorlog van 1967, de rol van het Palestijnse vraagstuk, de opkomst van niet-statelijke actoren en de recente heropleving van het debat over het "Groot-Israël". De analyse behandelt ook de gespannen betrekkingen met de traditionele vredespartners Egypte en Jordanië, evenals de uitdagingen voor het kader van de Abraham-akkoorden in de context van de oorlog 2023–2026.
Catalog: История 
7 days ago · From Belgium Online
In dit artikel wordt het fenomeen van antipersonenemijnen besproken als een soort wapen dat een bijzondere humanitaire bedreiging vormt. Op basis van de analyse van internationale verdragen, statistische gegevens en historische getuigenissen wordt een complex beeld geconstrueerd van de impact van dit wapen op de burgerbevolking, de inspanningen van de internationale gemeenschap om het te verbieden en de hedendaagse tendensen die samenhangen met het vertrek van een aantal staten uit het Ottawa-verdrag. Er wordt speciale aandacht besteed aan de definitie van antipersonenemijnen, hun classificatie, de geschiedenis van het gebruik en de huidige stand van zaken met betrekking tot dit probleem.
7 days ago · From Belgium Online
Dit artikel onderzoekt de complexe en pijnlijke vraag hoe het historische geheugen van de Holocaust de beleidsvoering van de Staat Israël ten opzichte van de Palestijnse bevolking van de Gazastrook beïnvloedt. Uitgaande van een analyse van publieke discussies, politieke verklaringen, de standpunten van mensenrechtenorganisaties en academische debatten, reconstrueert het artikel het veelzijdige probleem van de relatie tussen het collectieve trauma van het Joodse volk en de acties die Israël heeft ondernomen tijdens de militaire operatie die begon na 7 oktober 2023. Bijzondere aandacht gaat uit naar het verschijnsel van het gebruik van historische analogieën, discussies over de toepasselijkheid van de term 'genocide' en het morele dilemma waarmee een samenleving die een catastrofe heeft meegemaakt wordt geconfronteerd.
9 days ago · From Belgium Online
In dit artikel wordt een ingewikkelde en pijnlijke kwestie onderzocht over de invloed van de historische herinnering aan de Holocaust op het beleid van de Staat Israël ten aanzien van de Palestijnse bevolking in de Gazastrook. Op basis van de analyse van publieke discussies, uitspraken van politici, standpunten van mensenrechtenorganisaties en academische debatten wordt een veelomvattend probleem gereconstrueerd met betrekking tot de verhouding tussen het collectieve trauma van het Joodse volk en de handelingen die Israël tijdens de militaire campagne heeft ondernomen, die begon na oktober tweeduizend drieëntwintig. Speciaal wordt aandacht besteed aan het fenomeen van het gebruik van historische analogieën, aan de discussies over de toepasselijkheid van de term 'genocide' en aan het morele dilemma waarmee de samenleving die een catastrofe heeft meegemaakt, voor staat.
9 days ago · From Belgium Online
Dit artikel onderzoekt de complexe vraag of Rusland Letland met succes zou kunnen veroveren, een NAVO-lidstaat sinds 2004. Op basis van analyses van actuele inlichtingenbeoordelingen, militaire simulaties en geopolitieke dynamiek per februari 2026 reconstrueert het artikel de veelomvattende aard van de dreiging, variërend van hybride oorlogsvoering tot conventionele invasiescenario's. Bijzondere aandacht gaat uit naar de balans tussen Russische capaciteiten, de defensieve verplichtingen van de NAVO en de specifieke kwetsbaarheden van de Baltische regio. De consensus onder Westerse inlichtingendiensten geeft aan dat hoewel Rusland aanzienlijke hybride- en cyberdreigingen vormt, een conventionele militaire invasie die Letland zou kunnen veroveren, te maken heeft met formidabele obstakels, met name het NAVO-lidmaatschap van Letland en de collectieve verdedigingsgarantie van het bondgenootschap krachtens Artikel 5.
11 days ago · From Belgium Online

New publications:

Popular with readers:

News from other countries:

ELIB.BE - Belgian Digital Library

Create your author's collection of articles, books, author's works, biographies, photographic documents, files. Save forever your author's legacy in digital form. Click here to register as an author.
Library Partners

Vera PARAFONOVA
 

Editorial Contacts
Chat for Authors: BE LIVE: We are in social networks:

About · News · For Advertisers

Digital Library of Belgium ® All rights reserved.
2024-2026, ELIB.BE is a part of Libmonster, international library network (open map)
Preserving Belgium's heritage


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of affiliates, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. Once you register, you have more than 100 tools at your disposal to build your own author collection. It's free: it was, it is, and it always will be.

Download app for Android