オリオン（レーザー）

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研究所(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、1ナノ秒持続の「長パルス」ビームを10本と、0.5ピコ秒持続の「短パルス」ビームを2本発射します。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の包括的な光学、粒子線、X線プラズマ診断装置も備えています。[3] [4]

オリオンは、英国が包括的核実験禁止条約（CTBT）を批准し、実弾実験を禁止していることを踏まえ、核弾頭の安全性、信頼性、性能をライフサイクル全体にわたって維持するという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]オリオンは、核爆発の中心部で見られる極端な温度、圧力、密度を再現し、これらの環境で発生する物理現象を研究することができる。[6]

オリオンはまた、英国および国際的に共同研究を行うため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、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す。CTBT（核実験禁止条約）時代において、核実験を行わずに核兵器の信頼性を試験し、維持管理する広範な備蓄管理プログラムを通じて、英国の核防衛において重要な役割を果たしています。[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（Atomic Weapons Research Establishment）となりました。 [1]

AWREは英国におけるレーザー研究開発の初期の担い手でした。1962年には、AWREプログラムに関連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するため、高出力レーザーグループを設立しました。[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いう仮説を立てました。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。

英国は責任ある核兵器保有国となるというコミットメントの一環として、高出力レーザーへの投資を継続し、安全性と核兵器備蓄の管理を継続しました。AWREにとって、社内にレーザー設備を保有する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体ネオジム）の建設は1976年に完了しました。この施設は30年近く稼働した後、代替施設に置き換えられました。[7]

HELENの後継機として多くの可能性が検討されたが、AWEの様々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に関する実現可能性調査を実施し、 2005年に国防省の承認を得た。建造、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年に完全運用を開始した。[4] [7]

説明

オリオンは、柔軟なパルス整形機能により、1ナノ秒で351nm、500Jのエネルギーを照射する「長パルス」ビームを最大10本、そして半ピコ秒（1PW）で1053nm、500Jのエネルギーを照射する「短パルス」ビームを最大2本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集束される。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つ目の短パルスで診断を行うことが可能になる。[7] また、オリオンには、光学、X線、荷電粒子、中性子といった広範な診断装置が搭載されており、その多くは診断用挿入装置に搭載可能である。[3]

オリオンは「ショットディレクター」モデルを採用しており、レーザーショットの全工程を1人の担当者が担当します。これにより、ビームが安全かつ正確に標的に照射されることを確実にするために、運用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望に応えるため、アップグレードも行われました。「長パルス」ビームの持続時間は5ナノ秒から10ナノ秒に延長され、ビームライン間の遅延時間を調整でき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を2倍に高め（絞り込み）、これによりオリオンは約10 18のコントラストで約200 TWのパルスを生成できるようになりました。これは世界最高のコントラストです。[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ための技術開発まで、多くの分野にわたります。[6] [8]

この施設は、稼働時間の最大15%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行われます。Orionはまた、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、共同技術開発を行うイニシアチブであるLaserlab-Europeにも参加しています。[7]

AWEは、英国国内および国際的に数多くの科学協力を調整しています。例えば、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）と緊密な連携関係にあり、同センターは極限温度・圧力条件下での物質の研究を行っています。[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くの学生や研究者に対するAWEからの支援も受けています。[11]同様の連携は、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われており、放射天体衝撃の研究などの分野で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

  1. ^ ab 「私たちの歴史 – AWE」.
  2. ^ ab "Orion Laser – AWE".
  3. ^ ab "Orion Laser – AWE".
  4. ^ abcd 4. Hopps, Nicholas et al. “Orionレーザー施設の包括的な説明”, Plasma Physics and Controlled Fusion, 57(06402) (2015)
  5. ^ ab 「英国の核抑止力：知っておくべきこと」
  6. ^ abcd 「CLF Orion: アカデミックアクセス」.
  7. ^ abcdefghijk 7. ダンソン、コリン他『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）
  8. ^ 「Orion publications – AWE」.
  9. ^ 「Orion レーザーを他のユーザーに開放 – AWE」。
  10. ^ 「オックスフォード高エネルギー密度科学センター（OxCHEDS）」.
  11. ^ 「AWE物理学学生会議2021」。2021年5月18日。

科学者によるオリオンの利用方法

Orionへの学術的アクセス

北緯51度22分 西経1度08分 / 北緯51.36度 西経1.14度 / 51.36; -1.14

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