В последние годы усилия ученых направлены на решение важнейшей для всего человечества проблемы — лазерного термоядерного синтеза. Это решение позволит утолить энергетический голод, который все больше дает о себе знать последнее время во всем мире. Еще в 1959 г. выдающийся советский ученый И. В. Курчатов писал: «В результате осуществления управления термоядерной реакцией общество получит в свое распоряжение замечательный и неограниченный источник энергии. Овладение термоядерной энергетикой позволит в будущем экономически более рационально использовать такие ценнейшие виды сырья, как уголь, нефть и природный газ. С применением термоядерной энергетики исчезнет необходимость транспортировки топлива и передачи энергии на большие расстояния».


Лазерный синтез происходит в термоядерной мишени  — сферической капсуле диаметром менее 1 мм, заполненной горючей смесью дейтерия и трития. Эти тяжелые протоны водорода оказались наиболее подходящим горючим для термоядерного синтеза. Тем более, что дейтерий в огромных количествах имеется в морской воде. Так, в 2000 м3 воды содержится столько дейтерия, чтобы электростанция могла в течение года обеспечить энергией такой город, как Норильск.


Задача состоит в том, чтобы нагреть ионы дейтерия и трития до температуры10ˆ8 °С, что в несколько раз превышает температуру Солнца. Для этого мишень облучают одновременно по нескольким направлениям мощными лазерными потоками. Под их воздействием наружная оболочка стеклянной капсулы испаряется, и плотный слой плазмы окутывает дейтерий-тритиевое горючее. Плазма расширяется со скоростью примерно 1000 км/с и начинает действовать подобно шлейфу газов, выбрасываемых ракетой. Она давит на твердую неиспарившуюся часть капсулы силой в миллиарды атмосфер. В результате горючее сжимается до такой плотности, которая сравнима с плотностью в центре Солнца, превышая более чем в 1000 раз плотность твердого или жидкого горючего. Радиус горючего уменьшается в 50 раз, и тогда его кинетическая энергия превращается в тепло.


Высокая температура и огромная плотность горючего способствуют синтезу его ядер, в результате чего рождаются альфа-частицы (или ядра гелия) и нейтроны. Нейтроны проходят через окружающую плазму, замедляются в жидкости, циркулирующей в камере реактора, и передают ей кинетическую энергию в виде тепла. Расчеты показывают, что выход термоядерной энергии в 100 раз превосходит энергию, сообщаемую лазером. С помощью паровой турбины тепловая энергия преобразуется в электрическую. Однако для непрерывной работы электростанции потребуется много мишеней, поскольку время их горения всего несколько наносекунд. Из-за высокого сжатия горючее вещество разлетается на части, и термоядерный огонь гаснет. Так, чтобы электростанция давала мощность 10ˆ9 Вт, необходимо воспламенять каждую секунду десять таких мишеней.


Успех термоядерного синтеза во многом зависит от лазерного источника излучения. До недавнего времени в большинстве экспериментов использовались мощные лазеры на неодимовом стекле, излучающие свет с длиной волны 1,06 мкм. Но как оказалось, только половина этого излучения полезно используется. За одним открытием последовало другое. Было обнаружено: лазерную энергию можно использовать со значительно большей эффективностью, если перейти к коротковолновому излучению, например, к ультрафиолетовому свету. Однако мощных лазеров, генерирующих в этой области спектра, до сих пор не создано. Правда, ведутся перспективные разработки газового лазера, работающего на смеси криптона и фтора, с длиной волны излучения 0,25 мкм.


Казалось, что выхода из тупика нет. Тогда решили применить метод оптического преобразования частоты лазерного излучения. Суть его состоит в том, что длинноволновое излучение, например от неодимового лазера, пропускают через ряд пластин из анизотропного кристалла КДР. Каждая пластина определенным образом вырезана по отношению к кристаллическим осям. При прохождении света через такую пластину его частота удваивается, а длина волны соответственно уменьшается вдвое. С помощью двух таких пластин свет с длиной волны 1,06 мкм можно преобразовать в ультрафиолетовое излучение. Таким образом, практическая реализация лазерного термоядерного синтеза потребует еще усилий многих ученых.