Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 

Вначале был термояд. После открытия лазера в конце 1950-х гг. А.Д.Сахаров предложил использовать мощный лазер  для инициации термоядерного горения при обжатии лазерным излучением оболочки со смесью дейтерия и трития [1]. А сегодня практически ни одна сфера деятельности не обходится без лазеров (фото).

На выставке «Фотоника. Мир лазеров и оптики-2025» более 230 компаний (из Армении, Индии, Китая, Республики Беларусь и России) представили лазерные устройства широчайшего спектра применения: для  научных экспериментов, для обработки промышленных материалов и элементов микроэлектроники, для лазерной резки, систем дистанционного зондирования, космического приборостроения, дальномеров для обнаружения БПЛА, для анализа газов и твердых веществ и многое другое. 

Научный дивизион «Росатома» был представлен двумя организациями - АО «НИИ НПО «ЛУЧ» и АО «Гиредмет» [2].   В экспозиции «Гиредмета» была показана продукция, востребованная при разработке и изготовлении лазерной, оптической и оптоэлектронной техники. 

«НИИ НПО «ЛУЧ» продемонстрировал адаптивную оптическую систему для коррекции волнового фронта лазерного излучения и сканирующую лазерную систему для российских 3D-принтеров по металлу.  Были представлены лазерно-оптические комплектующие: коллиматоры, F-theta объективы, расширители пучка, pi-shaper для мощных лазерных установок, повышающие концентрацию лазерного излучения на мишени. Сканирующие системы «НИИ НПО «ЛУЧ» применяются в установках селективного лазерного спекания: 8 сканирующих систем обеспечивают производительность 3D-принтера на рабочем поле 1000×1000 мм.

Свои инновационные разработки на «Фотонике — 2025» представил также ФИАН, давний соратник атомщиков по лазерным исследованиям [3]: высококогерентный диодный лазер с внешним резонатором для спектроскопии высокого разрешения; образцы кристаллов для лазерной генерации в среднем ИК диапазоне и технологию синтеза монокристаллов А2В6, легированных переходными металлами; медицинский лазерный аппарат на парах меди для микрохирургических операций; электрод ионной оптики для времяпролетного масс-спектрометра, изготовленный лазерной сваркой с профилированным импульсом излучения.

 Истоки

На конференции по радиоспектроскопии в мае 1952 г. Н. Басов и М. Прохоров представили доклад о возможности использования вынужденного испускания для усиления и генерирования миллиметровых волн. В 1954 г. они опубликовали работу "Молекулярный генератор и усилитель», положивший основу первого мазера — предшественника лазера. Мазер одновременно был создан в Физическом институте им. П.Н. Лебедева АН СССР под руководством Н. Басова и М. Прохорова и в Колумбийском Университете под руководством Чарльза Таунса [4]. В 1964 г. Басову, Прохорову и Таунсу за фундаментальные исследования в области квантовой радиофизики была присуждена Нобелевская премия.

Лазеры ВНИИЭФ

Разработка мощных лазеров во ВНИИ экспериментальной физики началась по инициативе С.Б. Кормера и Ю.Б. Харитона в середине 1960-х гг. [5]. Научный руководитель ВНИИЭФ Ю.Б. Харитон предложил зажечь термоядерную реакцию с помощью симметричного облучения мощным лазером полой сферы, заполненной дейтерий-тритиевым газом. 

В 1964 г. в ФИАНе в результате исследований Н. Басова и О. Крохина по воздействию мощного лазерного импульса на термоядерное топливо, был дан старт новому направлению — лазерному термоядерному синтезу (ЛТС) [6]. Н.Г. Басов предложил Ю.Б. Харитону начать совместные исследования для создания лазеров с максимально достижимой энергией излучения на базе фотодиссоционных лазеров. С 1965 г. ФИАН и ВНИИЭФ начали совместные исследования по созданию мощных лазеров.

В кооперации с ФИАН и ГОИ в Институте экспериментальной физики в 1970 г. был создан лазер мегаджоульного уровня (~1 МДж) при длительности импульса ~100 мкс. В 1972 г. во ВНИИЭФ начались экспериментальные работы по лазерно-термоядерному синтезу. Тогда же в ФИАНе были проведены первые эксперименты по лазерному сжатию сферических термоядерных мишеней [6].

Институт лазерно-­физических исследований (ИЛФИ), занимающийся разработками в области ЛТС, изучением свойств высокотемпературной плотной плазмы, созданием мощных фотодиссоционных, химических, газодинамических, кислород-­йодных и твердотельных лазерных систем, был создан в 2000 г. на базе лазерного Сектора‑13. В настоящее время работает также над созданием медицинской лазерной техники и обрабатывающего оборудования для промышленности.

Совместно с РНЦ "Прикладная химия" (ГИПХ) во ВНИИЭФ был создан самый мощный в мире импульсный химический лазер. Работы по химическому кислород-йодному лазеру КИЛ-10 привели к созданию сверхзвуковой модели КИЛ с новым типом генератора синглетного кислорода с закрученным потоком газа, успешные испытания которого прошли в 1999 г.

Работы в области газодинамических лазеров привели к созданию ГДЛ с удельными энергетическими характеристиками, близкими к максимальным характеристикам лучших химических лазеров.

В 2012 г. во РФЯЦ-ВНИИЭФе начались работы по созданию лазерной установки мегаджоульного уровня [6].

Для исследования ЛТС во ВНИИЭФ был разработан ряд мощных импульсных лазеров «Искра»:  1975 г. создана «Искра-3» мощностью до 1 ТВт, в 1979 г. запущена «Искра-4» мощностью 10 ТВт с фотодиссоционным йодным лазером. В 1989 г. запущена «Искра-5» мощностью 30 ТВт - 12-лучевой йодный газовый лазер с энергией лазерного импульса ~30 кДж и пиковой мощностью импульса ~100 тераватт. Полученные результаты стали основой для создания многоканальной лазерной установки мегаджоульного уровня, прототипом которой стала четырехканальная установка «Луч» с энергией в импульсе 12 кДж, запущенная в 2005 г.

Установка инерционного термоядерного синтеза «Искра -6» будет представлять собой 128-лучевой Nd:glass-лазер с энергией ~300 кДж, длиной волны 351 нм и длительностью импульса 1-3 нс. Планируется, что «Искра -6» будет в 10 раз мощнее «Искры -5».

Для дальнейшего увеличение мощности излучения, сокращения длительности импульса создаются комплексы с петаваттной энергией и фемтосекундной длительностью импульса типа «Pearl» и «Фемта», разрабатывается проект «XCELS», на котором планируется достичь субэкзаваттного уровня мощности.

В 1996 г. под руководством Р.И. Илькаева, Г.А. Кириллова и С.Г. Гаранина был разработан проект установки УФЛ-2М, на порядок превышающей энергию "Искры-5". С запланированной мощностью энергии 4,6 МДж, на мишени — 2,8 МДж, УФЛ-2М станет рекордсменом среди лазерных систем ("Царь-лазером").  В камеру взаимодействия будут вводиться 192 лазерных луча с длиной волны 0,53 мкм, генерируемых твёрдотельным лазером на неодимовом стекле. Первая очередь из 64 лазеров была запущена в 2020 г. На полную мощность УФЛ-2М выйдет к 2030 г. Установка предназначена для  исследований в области физики высоких плотностей энергии, в том числе — применения лазерного термоядерного синтеза в энергетике.

С конца 1960-х гг. во ВНИИЭФ ведутся исследования в области преобразования кинетической энергии продуктов ядерных реакций в лазерное излучение, т. е. лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН). Возбуждение активной среды в ЛЯН происходит за счёт ионизирующего излучения от ядерных реакций. Длина волны излучения такого устройства может быть от дальнего ИК-диапазона до рентгеновского. В активной зоне реактора-лазера (РЛ), состоящей из делящегося вещества и лазерной среды, происходит прямое преобразование выделившейся ядерной энергии в лазерное излучение, минуя промежуточную стадию тепловой энергии. В 1970-е гг. были проведены исследования семейства ЛЯН на ИК переходах атомов Xe, Kr и Ar (с КПД до 2%) [7]. На базе реакторов ВИР-2М и БИГР были созданы экспериментальные комплексы для исследований по проблемам прямой ядерной накачки. Учёными института экспериментальной физики был разработан лазерный четырёхканальный модуль ЛМ-4 - реактор-лазер в миниатюре. В 1994 г. на комплексе ЛМ-4/БИГР была получена непрерывная генерация в режиме прокачки газа. К 2008 г. была разработана модель стационарного реактора-лазера (Воинов А.М. ets.) с высокой энергоемкостью, недостижимой в других типах лазеров, эффективным преобразованием в широком оптическом диапазоне. Во ВНИИЭФ завершается создание ядерно-физической установки, являющейся физической моделью РЛ непрерывного действия с поперечной прокачкой лазерной среды.

Реакторы-лазеры могут быть использованы для передачи энергии на спутники и космические зонды, высокотемпературного нагрева материалов на расстоянии, промышленной фотохимии, перевода космических аппаратов с одной орбиты на другую, для установок на основе термоядерного синтеза, создания нейронных детекторов для быстрой аварийной защиты ядерных реакторов. 

Ещё одним направлением исследований специалистов ВНИИЭФ является разработка электроразрядного лазера, работающего в УФ- и ИК- диапазонах, на основе рабочей камеры и источника энергопитания экспериментального лазера CL-5000 (ЦФП ИОФ РАН, г. Троицк). Для лазерных сред на основе XeF, KrF, N₂, HF, DF, СО₂ получены рекордно высокие частоты следования импульсов при низкой скорости прокачки газа. Электроразрядные лазеры могут эффективно функционировать при высоком давлении активной среды, ЭРЛ низкого давления на благородных газах отличаются высокой монохроматичностью и направленностью излучения, за счёт введения коммутатора имеют возможность увеличения энергии излучения. ЭРЛ применяются в спектроскопии, стандартизации частоты и длины излучения; используются для резки и прошивки отверстий, лазерной сварки, отжига полупроводников, испарения материалов для получения нанопорошков и нанесения плёнок, для дистанционного анализа состава атмосферы.

 

ФИАН

Н.Г. Басов, работавший в Физическом институте им. П.Н. Лебедева со студенческих лет (1958–1972 гг. зам. директора, 1973-1989 гг. директор института), привлек к работам по созданию лазера сотрудников Лаборатории люминесценции ФИАН. Весной 1961 г. была создана лазерная установка, а 18 сентября 1961 г. запущен первый советский лазер на кристалле рубина. Начались исследования различных кристаллов с примесями ионов переходных металлов и редкоземельных элементов [8].

Первый советский газовый гелий-неоновый лазер на длине волны 1,153 мкм, ставший одним из наиболее распространенных, был создан в 1962 г. В том же году появился первый полупроводниковый лазер на p-n переходе, разработанный В.С. Багаевым, Н.Г. Басовым, Б.М. Вулом и др. Ж.И. Алферов с сотрудниками ЛФТИ разработали арсенидные гетероструктуры типа AlGaAs – GaAs, на которых удалось резко повысить эффективность лазеров (в 2000 г. эти работы были отмечены Нобелевской премией).

Также в начале 1960-х гг. были созданы лазеры с ионами Nd3+, в кристаллах SrF2 и иттрофлюрита CaF2-YF3. Наряду с кристаллическими, широкое распространение получили лазеры на фосфатных и силикатных стеклах. Особое значение приобрели волоконные световоды из кварцевого стекла.

В отличие от лазеров с нейтральными атомами ионные лазеры генерируют более коротковолновое излучение. В 1965 г. в ФИАНе был создан аргоновый ионный газовый лазер, способный излучать свет в видимой и УФ областях сс мощностью в нескольких сотен ватт. Для промышленного производства был разработан лазер с ионами Ar. Для генерации в широком диапазоне длин волн был построен лазер на молекулярном водороде.  Его накачку можно осуществлять нагреванием или охлаждением активной среды. Появилась возможность создания газодинамических лазеров с непосредственным преобразованием тепловой энергии газа в энергию когерентного излучения. В.К. Конюхов и А.М. Прохоров создали газодинамический лазер непрерывного действия на смеси углекислого газа, азота и воды.

Также был построен CO₂ лазер с усилительными каскадами в 120 м, работавший в непрерывном режиме.

Получение генерации в жидком ксеноне (на длине волны 0,176 мкм) при накачке импульсным пучком электронов высокой энергии, от­крыло воз­мож­ность соз­да­ния мощ­ных ла­зе­ров УФ- и ви­ди­мо­го диапазонов с плав­ной пе­ре­строй­кой час­то­ты. Эксимерные га­зо­вые ла­зеры на элек­трон­ных пе­ре­хо­дах эк­си­мер­ных мо­ле­кул, имеют боль­шую ши­ри­ну ли­нии уси­ле­ния. В 1971 г. в Оптической лаборатории ФИАН был создан лазер на парах меди, работающий в режиме саморазогрева.

Эксперименты по достижению высоких плотностей сжимаемого топлива в режиме прямого сжатия в Физическом институте начались в середине 1970-х гг. [8]. В 1972 г. были проведены первые эксперименты по лазерному сжатию сферических термоядерных мишеней. Работы по ЛТС активно развивались на уровне энергии лазеров 1-100 кДж. В 1982 г. на многоканальном лазере «Дельфин» были проведены эксперименты на уровне 1–2 кДж в наносекундном импульсе. Была зарегистрирована скорость сжатия оболочечной мишени 250 км/с.

Предложенный О.Н. Крохиным вариант фотодиссоционного лазера с накачкой излучением фронта ударной волны взрыва или мощного открытого электрического разряда, имел рекордные удельные энергетические характеристики, необходимые для технических применений и ЛТС.

Для повышения мощности излучения и расширения диапазонов длин волн генерации началась разработка когерентного рентгеновского и гамма-излучения. Для лазера в области длин волн 50–150 Å А.В. Виноградовым и И.И. Собельманом в качестве активной среды было предложено использовать плазму с многозарядными ионами. И.И. Собельман обосновал возможность получения лазерной генерации в высокотемпературной плазме гелиоподобных ионов. В.С. Летохов предложил общую теорию γ-лазеров на ядерных переходах. Были созданы теоретические предпосылки для построения разеров, активной средой для которых является сильно ионизированная плазма. Был продемонстрирован лазерный эффект на длине волны 3,56 нм.

К одним из последних разработок ФИАН относится создание лазеров на полупроводниковых наноструктурах с катодно-лучевой накачкой, состоящих из квантовых ям, помещенных в пучности одной из мод оптического резонатора. Такая структура позволяет: работать при повышенной температуре, значительно снизить ускоряющее напряжение, увеличить срок службы.

Специалисты ФИАНа совместно с коллегами из Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Центра волоконной оптики РАН, Технологического центра Шеффилдского университета (Англия) и компании Principia LightWorks Inc. (США) достигли высоких характеристик по эффективности красного лазера (на наноструктуре GaInP/AlGaInP) [8а]. Предложены варианты зеленого и синего лазеров (структуры ZnCdSSe/ZnSSe/GaAs (зеленый свет) и ZnSe/ZnMgSSe/GaAs (синий свет). В лабораторных условиях созданы лазерные трубки на наноструктурах с мощностью 9 Вт на 640 нм (красный свет), 3 Вт на 535 нм (зеленый свет) и 6 Вт на 458 нм (синий свет).

 

ГНЦ РФ «ТРИНИТИ»

По ряду проектов в сфере лазерных технологий РФЯЦ-ВНИИЭФ ведет совместные исследования с Троицким институтом инновационных и термоядерных исследований (входит в научный дивизион ГК «Росатом» – АО «Наука и инновации»).  ТРИНИТИ - центр научных исследований в области управляемого термоядерного синтеза, лазерной физики и техники, занимается разработкой перспективных типов лазеров, совершенствованием характеристик лазерных систем [6]. Институтом созданы лазерные установки с различными активными средами: СО2-, СО-, твердотельные, эксимерные лазеры для применения в управляемом термоядерном синтезе, диагностике плазмы, обработке различных материалов, лазерной химии, разделении изотопов и т.д.

Одним из направлений специализации института является создание мобильных лазерных комплексов на основе серийных волоконных иттербиевых лазеров. В 2000 г. здесь был создан мобильный лазерный технологический комплекс МЛТК‑50, предназначенный для аварийно-­восстановительных работ. С 2005 г. начались работы по созданию мобильных лазерных систем для дезактивации и фрагментации твердых радиоактивных отходов.

Разработанные институтом передвижные лазерные комплексы  с мощностью до 50 кВт позволяют резать металлические и железобетонные конструкции при демонтаже АЭС, на газовых и нефтяных скважинах, при распиле на металлолом судов и подводных лодок, применять мобильные установки для сжигания пленки разлившейся нефти, дезактивации поверхностей и других целей [6].

В октябре 2023 г. МЛК «Росатома» был применен для утилизации затонувших кораблей на Сахалине. Был разрезан корпус судна, находящегося на расстоянии 50 м от берега.

Подобный комплекс был испытан для ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов (поджиг горючей смеси был осуществлен с расстояния 300 м). В 2024 г. компания «Россети Северо-Запад» протестировала МЛК при расчистке от растительности просек для линий электропередачи.

В том же году строительная компания «Реформа» применила МЛК для демонтажа высотных металлоконструкций, выведенных из эксплуатации. На площадке Курганской ТЭЦ были разрезаны несущие опоры двух кранов высотой 40 м и грузоподъемностью 32 т.

Тогда же стартовал пилотный проект по применению дистанционной лазерной резки при демонтаже выведенного из эксплуатации парогенератора (длиной 15 м, высотой – более 5 м). С помощью лазера планируется вскрытие корпусов аппаратов и фрагментация внутренних элементов.

 На выставке «Фотоника-2024» кроме ТРИНИТИ свои экспозиции представили ряд организаций троицких лазерщиков, входящих в Троицкий Технопарк ФИАН [9]. Технопарк был создан как подразделение ФИАН. В настоящее время в Троицком технопарке более 20 малых наукоемких предприятий-резидентов, и более половины из них являются прямыми выходцами из ФИАНа, которые поставили перед собой цель опытного внедрения и коммерциализации своих научных разработок.

Основным направлением деятельности резидента Троицкого технопарка ФИАН «Авеста-Проект» является разработка и производство твердотельных и волоконных фемтосекундных лазерных систем и усилителей. На сегодняшний день «Авеста-Проект» является ведущим отечественным производителем фемтосекундных лазеров. Наравне с уникальными разработками для научного применения, как лазер AVET-10 мощностью 10 ТВт (одна из самых мощных в мире систем), они выпускают фемтосекундные лазеры для различных медицинских применений. На выставке «Авеста» продемонстрировала оптический стол и пьезотранслятор, производящий перестройку в шаговом режиме с точностью 1 шаг – 100 нм для позиционирования лёгких элементов. Компания «Солитон фотоникс» показала источники широкополосного света («суперконтиннума») на волоконных лазерах.

Производитель пикосекундных лазеров «Поларус» анонсировал флагманский лазер PL Delta с импульсом 10 пс, Фирма «Оптосистемы» продемонстрировала эксимерные лазеры, такие как CLS 5 000 (используются в установках «Микроскан» для коррекции зрения), а также фемтосекундные лазеры - FL 300 для систем «Фемто Визум» (для науки и офтальмологии (Н. Баграташвили).

Лазерные технологии для АЭС

ЦКБМ

Центральное конструкторское бюро машиностроения (машиностроительный дивизион «Росатома») в кооперации с Инжиниринговым центром использования лазерных технологий при Владимирском госуниверситете разработало технологию лазерного термоупрочнения сталей для изготовления оборудования АЭС [10].

С помощью новой технологии, позволяющей улучшить износостойкость стали, были изготовлены роторные части насосов машинного зала атомной станции. Лазерная закалка в 2 раза увеличила поверхностную твердость стали, предотвращая появление глубоких царапин и заклиниваний, возникающих при сборке изделий (А. Кузьмин, зам. руководителя ЦКБМ). В перспективе новую технологию планируется применить для упрочнения деталей для насосов первого контура охлаждения реактора.

РФЯЦ-ВНИИТФ

Всероссийский НИИ технической физики им. ак. Е.И. Забабахина» («Росатом») проводит НИОКР с изготовлением волоконных и твердотельных лазеров с диодной накачкой. Создаются одномодовые волоконные лазеры мощностью 1-2 кВт и многомодовые лазеры на 6 кВт.

В 2020 г. в результате совместной разработки РФЯЦ-ВНИИТФ и АО «ЛЛС» был создан одномодовый волоконный лазер LLS-YFLSM‑1000 мощностью 1 кВт с возможностью перестройки мощности и выбора длины волны в диапазоне 1070–1090 нм. 

Волоконными иттербиевыми лазерами комплектуются 3D-принтеры для печати методом селективного лазерного плавления крупногабаритных изделий из металла, которые с 2023 г. серийно выпускает Топливный дивизион «Росатома» [11].  В 2023 г. заказчикам были отгружены первые серийные образцы из линейки лазеров мощностью 200-1000 Вт.

Первый волоконный иттербиевый лазер мощностью 700 Вт был поставлен «Приборостроительному заводу» в г. Трёхгорный. Еще два лазера изготовлены для ООО «Русатом-Аддитивные технологии». До 2025 г. ВНИИТФ изготовит свыше 30 единиц такой техники. Помимо использования в 3D-принтерах, лазеры ВНИИТФ применяются в станках для обработки металлов и неметаллов, и для научных исследований.

Лазеры смежных разработчиков

Не только атомщики, но и специалисты других отраслей занимаются созданием и применением лазеров.

НПП «Исток» им. А.И. Шокина

АО «Научно-производственное предприятие „Исток“» им. А.И. Шокина (б. НИИ-160, НИИ электровакуумной техники, Электронная промышленность) специализировалось на разработке СВЧ-приборов. В 1960-е гг. НПП начало создавать лазеры и лазерные установки для медицины на основе импульсных CO₂ лазеров, на парах меди и гелий-неоновых лазеров: «Янус», «Янтарь», «Яхрома», «Рябина» [12]. В середине 1960-х гг. завод первым в СССР организовал серийное производство гелий-неоновых лазеров. Были проведены разработки аргоновых лазеров, лазеров на парах ртути и других источников излучения видимого и ИК диапазонов. Создание высокоэффективных газовых CO₂-лазеров открывало путь к энергетическим технологиям. Под руководством генерального конструктора С. И. Реброва были созданы экспериментальные установки для генерации мощного излучения в несколько киловатт, разработаны модели отпаянных CO₂ -лазеров, проведены исследования по воздействию мощного излучения на различные материалы.

Проводились исследования получения генерации в новых рабочих средах - окиси углерода, азоте и водороде. Созданы отпаянные лазеры на CO на длине волны 5 мкм, импульсные лазеры на азоте и водороде, генерирующие излучение в УФ области спектра, экспериментальные образцы высокоэнергетичных импульсных CO₂-лазеров для металлообрабатывающей промышленности.

В 1970-х гг. новым типом стал лазер, использующий в качестве излучающего вещества пары меди (температура лазерной среды 1500°С). Этот тип лазера с высокой импульснуой и средней мощностью в видимой области спектра обеспечивает точную микрообработку практически всех материалов (металла, керамики и пластика) и является эффективным источником накачки перестраиваемых оптических генераторов. Использование ЛПМ для накачки высококогерентного перестраиваемого генератора оказалось наиболее эффективным способом наработки необходимых количеств целого ряда изотопов. 

ГОИ им. С. И. Вавилова 

Через год после создания первого лазера американским физиком Т. Майманом, 2 июня 1961 г. был запущен первый лазер в СССР. Все элементы лазера были созданы в ГОИ (Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова, ГК «Ростех»). После запуска лазера на рубине в институте началась интенсивная работа по созданию твердотельных и газовых лазеров [13]. Советские волоконные лазеры отличались высокой точностью и стабильностью излучения, что делало их незаменимыми для точных производственных процессов. Эти лазеры были энергоэффективными и долговечными, что позволяло снизить затраты на эксплуатацию и обслуживание.

В 2003 г. в ГОИ был создан уникальный фуллерен-кислород-йодный лазер (ФОИЛ) с использованием новейшего наноматериала фуллерена, обладающего широким спектром поглощения в УФ и видимой области спектра.

 

Вузовские разработки

Самарский университет

Исследователи Самарского университета с коллегами из РАН создали новый метод формирования оптических элементов на основе метаповерхностей, обеспечивающий формирование и фокусировку лазерного пучка с вихревой структурой поляризации [14]. Метаповерхности создают значительный обратный поток энергии, что делает лазерные пучки устойчивыми к атмосферным помехам.

Разработка самарских ученых может применяться в лазерной резке, гравировке и создании оптических пинцетов для биологии, медицины и обработки материалов. 

НИЯУ МИФИ

Один из создателей лазера, лауреат Нобелевской премии Н.Г. Басов является выпускником МИФИ [15]. В 1978 г. он организовал кафедру квантовой электроники. С 2016 г. работы по лазерной тематике продолжают в Институте лазерных и плазменных технологий (ЛаПлаз) НИЯУ МИФИ.  В 2017 г. специалисты ЛаПлаз и университета Бордо предсказали возможность создания сверхмощными лазерными импульсами магнитных полей с напряженностью до сотен миллионов Гаусс, "вмороженных" в плазму, на порядки превышающих достижимые другими методами. 

На международной конференции «Лазеры в науке, технике, медицине» в НИЯУ «МИФИ» (октябрь 2025 г.) директор ЛаПлаз А. Кузнецов рассказал о создаваемом лазерно-физическом комплексе «ЭЛЬФ». Килоджоульная система «ЭЛЬФ» имеет два пучка с управляемыми параметрами, позволяющими проводить эксперименты в двух диапазонах энергии и длительности импульса, и моделировать условия, близкие к существующим в недрах звезд. «ЭЛЬФ» позволит изучать новые типы ядерных реакций синтеза и решать прикладные задачи в области термоядерного усиления ракетных двигателей.

Другое направление Института лазерных и плазменных технологий — развитие лазерных ускорителей частиц, по степени монохроматичности протонов приближающихся к классическим ускорителям, но размером в десятки раз меньше.

ИТМО

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики специализируется на информационных и фотонных технологиях.  «Институт лазерных технологий» (ИЛТ) ведет свою историю с 1963 г., когда на базе ЛИТМО К.Крылов организовал первую в СССР кафедру квантовой электроники. В 1988 г. его ученик Вадим Вейко создал кафедру лазерных технологий. В 2022 г.  был организован Научно-образовательный центр «Институт лазерных технологий» [16]. В его состав вошли три лаборатории: лазерных микро- и нанотехнологий, промышленных лазерных технологий и лаборатория биомедицинских лазерных технологий. 

Одним из направлений исследований лаборатории микро- и нанотехнологий является функционализация поверхностей различных материалов с помощью лазера. В настоящее время реализуется проект по изменению лиофильности поверхности. При обработке некоторых металлов лазером можно получать гидрофобные и гидрофильные поверхности, что позволит защищать детали от обледенения или коррозии, или наоборот, более эффективно смачивать поверхность для лучшего испарения жидкости, что применимо в оборудовании от авиации и космоса до движущихся частей установок, поставляемых на Крайний Север.

Функционализация поверхности позволяет повысить износостойкость металлических сплавов, титана, стали. Для такой модификации на поверхность наносится слой графита, после чего система структурируется лазером. На поверхности происходит ряд температурных и химических изменений, частицы графита перемешиваются с металлом, создавая слой, повышающий твердость материала. 

В микроэлектронике лазерные методы позволяют создавать на стеклянных или полимерных подложках металлические дорожки с высокой проводимостью. Проводящие структуры можно наносить и на металлические подложки. Сформированные с помощью лазерного излучения структуры многократно усиливают сигналы сенсора.

В лаборатории биомедицинских технологий изучается взаимодействие лазерного излучения с биологическими тканями, разрабатываются устройства для медицины.

 Владимирский Госуниверcитет

Инжиниринговой центр при ВлГУ специализируется на внедрении лазерных технологий сварки, наплавки и термоупрочнения. Специалисты Центра разработали лазерную технологию для упрочнения стали, позволяющую увеличить твёрдость и износостойкость материала в два раза [17]. Процесс традиционной закалки занимает недели. На лазерном станке обработка детали размером ~ 3 м занимает всего 8 часов. При этом поверхность упрочняется в два раза от исходного состояния металла, появляются антикоррозионные свойства.

Все наработки исследователи ВлГУ передали в ЦКБМ «Росатома» в Санкт-Петербурге. Теперь лазерную технологию термоупрочнения будут использовать в закалке деталей для компрессионных насосов атомной электростанции.

Сотрудники Инжинирингового центра начали работы по лазерной сварке изделий типа „трубные решетки холодильника ГЦНА“. 

ЛЭТИ

Передовая инженерная школа Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» «Электроника и электротехника» (ПИШ ЛЭТИ) запустила магистерскую программу «Промышленные лазеры» по подготовке специалистов по разработке передовых лазерных технологий и приборов [18].

На базе вуза создали лабораторию лазерных технологий «ЛазЛаб» для разработки технологий создания микросхем, получения интегральных фотонных микросхем для предприятий микроэлектроники (В. Парфенов, руководитель лаборатории).

Совместно с ФТИ им. А.Ф. Иоффе исследователи «ЛЭТИ» разработали новые методы получения полупроводниковых материалов для мощных и компактных лазеров, превосходящие существующие аналоги. Для их дальнейшего развития требуется создание новых конструкций и методов получения гетероструктур. Для повышения эффективности мощных полупроводниковых лазеров разрабатывается технология селективной многостадийной эпитаксии полупроводниковых наногетероструктур, формируемых не только в направлении, но и в плоскости роста, что позволяет создавать многомерные 3D-структуры, необходимые для мощных полупроводниковых лазеров с высокой яркостью (Н. А. Пихтин, рук. Центра физики наногетероструктур ФТИ им. А.Ф. Иоффе).

Актуальные разработки

К 1970-м гг. советские учёные разработали первый газовый лазер непрерывного действия, полупроводниковые лазеры для связи, мощные химические лазеры для военных целей. Сегодня учёные продолжают развивать технологии, заложенные в СССР. Новейшие разработки включают: лазерные боевые системы, квантовые компьютеры на основе лазерных технологий, медицинские лазеры для лечения онкологии [19]. Россия сохраняет лидерство почти в 40% направлений лазерной физики. К 2030 г. доля отечественных решений в сфере фотонных технологий должна достичь 90%.

По заключению военных экспертов, в сфере создания боевых лазерных систем «Пересвет», «Задира», «Рать», разработки наших специалистов на десятилетие опережают западные аналоги [20]. Лазерные комплексы нового поколения не просто разрабатываются, а уже успешно применяются. Комплекс “Пересвет”, предназначенный для противовоздушной и противоракетной обороны, поставляется серийно. В реальных боевых условиях были испытаны и образцы комплексов “Задира”, которые в отличие от “Пересвета” не просто ослепляют лучом, а поражают летательные аппараты с расстояния до 5 км. Комплекс «Рать» первой версии (2020 г.) имел возможность подавления или поражения воздушной цели при помощи лазера.

В мае 2024 г. на совещании в РФЯЦ-ВНИИЭФ по вопросу достижения технологического суверенитета в области фотоники с премьер‑министром М. Мишустиным гендиректор «Росатома» А. Лихачёв предложил подготовить целевую программу развития фотоники как технологического направления до 2035 г. [21]. Мишустин призвал полностью локализовать производство фотоники, что позволит России войти в десятку мировых лидеров в этой сфере: «в 2023 г. рынок фотоники и лазерных технологий достиг ~2 трлн руб. с ежегодным приростом более 10%. Необходимо определить комплекс действий, направленных на увеличение этого сектора».

Организации «Росатома» разрабатывают технические решения с учетом и традиционных технологий, и перспективных направлений оптоэлектроники и фотоники в сфере материалообработки, телекоммуникации и связи, сенсорах и датчиках, фотолитографии, медицины, научных исследованиях, фотонных вычислениях,
аддитивных технологиях [22].   По словам А. Сергеева, научного руководителя Национального центра физики и математики в Сарове, в ближайшие пять лет в России будет создан лазер, превосходящий все существующие аналоги. В рамках проекта XCELS (Exawatt Center for Extreme Light Studies, Центр исследований экстремальных световых полей) планируется к 2030 г. разработать двухканальный лазер мощностью 100 петаватт - ключевой этап перед созданием эксаваттной 12-канальной системы. В России уже работают установки мощностью в несколько петаватт. Наиболее мощными считаются экзаваттные лазеры. Одна из установок, работающая по этой технологии, PEARL (PEtawatt pARametric Laser (“петаваттный параметрический лазер”) была создана в 2006 г. в Институте прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород). XCELS – аналогичный по принципам усиления лазер XCELS  с проектной мощностью в 100 петаватт для двухканального варианта. В перспективной 12-канальной системе полная мощность излучения достигнет 600 петаватт.

В результате испытаний комплекса PEARL удалось получить импульс 0,56 петаватт, в несколько сот раз сильнее мощности всех электрических станций планеты. Значения плотности энергии и светового давления превышают подобные параметры внутри Солнца. В ах до 10 петаватт, а В рамках проекта XCELS, который входит в число приоритетных на ближайшие десять лет, исследователи планируют увеличить мощность импульса до 200 петаватт и затем до 1 экзаватта. Создание подобных лазерных комплексов необходимо для дальнейшего развития энергетики, биомедицины, диагностики, ускорительной техники, обороны. Разработка технологий для термоядерной энергетики делает их востребоваными не только для создания реакторов, но и для применения в других сферах.

Установку УФЛ-2М для экспериментов по управляемому термоядерному синтезу с инерциальным удержанием плазмы, с энергией, достигающей 4,6 мегаджоуля, планируют полностью ввести в эксплуатацию к 2030 г.
Площадкой для создания установки для демонстрации возможностей лазерного термоядерного синтеза станет Саровский ядерный центре (ВНИИЭФ), Хотя токамаки кажутся логичнее для производства электрической энергии, но именно лазерные технологии дают неожиданные научные прорывы. Россия уже создала мегаджоульную установку в Сарове и выходит в число мировых лидеров.

Токамак с реакторными технологиями возведут на территории научного института «Росатома» в Троицке. Основные компоненты ТРТ планируется собрать к 2030 г. Технологическим новшеством в ТРТ станет электромагнитная система, созданная из высокотемпературных сверхпроводников второго поколения ВТСП-2. Их можно охлаждать не жидким гелием (-267 градусов Цельсия), а жидким азотом (-196 градусов Цельсия), это более удобно для постоянного использования, предоставляет колоссальные инженерные преимущества. Но главное то, что у магнитной системы на ВТСП-2 более высокое критическое магнитное поле.

На очередном отраслевом "Дне информирования" в октябре т. г. глава «Росатома» А. Лихачев заявил о необходимости отраслевой мобилизации в разработке и сооружении токамака с реакторными технологиями, чтобы максимально быстро перевести работы по термоядерному синтезу из стадии НИОКР в индустриальное измерение и сохранить лидерство в термоядерной гонке с Китаем и США [23], для чего потребуется максимальное вовлечение научного блока, конструкторского дивизиона, строителей. Это требует перезагрузки управления федеральным проектом по термоядерным исследованиям. «Общее руководство я оставляю за собой. Функциональное и научное руководство закрепляем за В. И. Ильгисонисом" (А. Лихачев). Начало строительства ТРТ запланировано на 2026 г., физический пуск - на 2035-й. В создании установки участвуют: ГНЦ РФ ТРИНИТИ, Проектный центр ИТЭР, АО "НИИЭФА", АО "НИКИЭТ" и др. Научным руководителем проекта является НИЦ "Курчатовский институт". TРT является стержнем национального проекта по термоядерной энергетике.

Будем надеяться, что данная мобилизация позволит решить поставленные задачи в заявленные сроки.

Материал подготовила Т.А. Девятова

Дополнительные источники

1.     https://vniief.ru/press-center/interview  С.Гаранин, Россия имеет все шансы стать первой, осуществившей зажигание термоядерного топлива в лабораторных условиях.

2.     https://niirosatom.ru/press-center/news «Росатом» на выставке «Фотоника. Мир лазеров и оптики-2025».

3.     scientificrussia.ru ФИАН на выставке «Фотоника-2025».

4.      lebedev.ru›ru/main-news/news/2974  Гиперболоид русских физиков.

 5.https://xn--80akfo2a.xn--p1ai/2021/12/02/21607/ Ак. С. Гаранин о разработках в области лазерного термояда.

6. atomicexpert.com›  Е. Каткова, Фокус — в фокусе.

7. https://docs.360.yandex.ru/docs/view?tm=1761821252 А.М.Воинов ets., Лазеры с ядерной накачкой.

8. https://lebedev.ru/ru/main-news/news/516  ФИАН. 

9. https://xn--h1aafjecekgm2au.xn--80adxhks/fotonika-sejchas/ В. Миловидов, Троицкие лазерщики на «Фотонике 2024». 10. atommedia.onlinezebra-tv.ru Технология лазерного термоупрочнения сталей для АЭС.

11. atomic-energy.rustrana-rosatom.ru Волоконные лазеры РФЯЦ-ВНИИТФ.

12. https://www.fryazino.info/news В.С. Алейников ets, Лазерная техника на «Истоке» им. Шокина.

13. https://rostec.ru/media/news/istoriya-otkrytiya-ot-mazera-k-lazeru Юбилей запуска первого отечественного лазера специалистами ГОИ.

14. https://lt.sputniknews.ru/20191127 Новый метод передачи данных по лазеру в атмосфере.

15. https://mephi.ru/content/news/1387/125442 Лазеры МИФИ.

16. itmo.ru/ Институт лазерных технологий Университет ИТМО.  

17. https://variant33.ru/enews ВлГУ лазерная технология для упрочнения стали.

18. https://xn--80akfo2a.xn--p1ai/2025/10/16/31977/ ПИШ ЛЭТИ «Промышленные лазеры». 19. https://newizv.ru/news Как создавался первый в мире лазер.

20. https://topwar.ru/230517 Боевые лазерные комплексы.

21. https://habr.com/ru/news/815901/ В России появится программа развития фотоники.

22. https://energyland.info/analitic-show-256741 Выставка «Развитие фотоники в ГК “Росатом”» в Сарове.

23. https://tass.ru/ekonomika/25462687 Росатом перестраивает управление термоядерным проектом.