Theo tạp chí Nga Itogi, cuối tháng 3/2009 đã hoàn thành việc xây dựng một trong những hệ thống lazer có công suất lớn nhất thời hiện đại. Các nhà bác học dự định sử dụng nó để tạo nên một mặt trời nhân tạo trong phòng thí nghiệm trên mặt đất.

Ý nghĩa của dự án này đối với môn vật lý platma có thể được so sánh với máy gia tốc hạt lớn (LHC) trong môn vật lý các hạt cơ bản. Trong trường hợp máy gia tốc thì việc tuyên truyền đã diễn ra rất rầm rộ, cho tới hôm nay vẫn chưa lặng đi những thông tin đủ chiều về các thí nghiệm tương lai mà ta có thể tiến hành với LHC mặc dù thực chất thì nhiều điều không có gì trùng với sự thật cả.

Thế nhưng, trong trường hợp của hệ thống lazer National Ignition Facility (NIF), mặc dù các thí nghiệm đã được tiến hành từ năm 2003, khi 4 máy lazer đầu tiên trong số 192 máy đã nằm trong kế hoạch xây dựng được đưa vào hoạt động, thông tin về nó vẫn là rất ít ỏi trên các phương tiện thông tin đại chúng.

Trong khi đó, số lượng những thí nghiệm khoa học dự định sẽ tiến hành với NIF không hề thua kém so với LHC, cũng như sự táo bạo của những thí nghiệm đó so với LHC cũng "kẻ tám lạng, người nửa cân".

NIF hiện đang được đặt ở bang California, tại phòng thí nghiệm quốc gia mang tên Lawrence tại thành phố Livermore (LLNL). Đây là phòng thí nghiệm của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ nhưng lại nằm trong cơ cấu của Trường Đại học Tổng hợp California. Cùng với phòng thí nghiệm quốc gia ở Los Alamos (bang New Mexico), LLNL là một trong hai phòng thí nghiệm của Mỹ có nhiệm vụ chính là nghiên cứu chế tạo vũ khí hạt nhân.

Sự độc đáo của NIF không chỉ ở trong các đặc tính kỹ thuật chưa từng có của nó mà cả ở câu chuyện nhiều rắc rối liên quan tới nó, đã diễn ra hơn một thập niên qua. Tháng 12/1996, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã chính thức chấp nhận việc xây dựng công trình NIF ở Livermore. Công việc đã được khởi động vào tháng 5/1997 và theo kế hoạch, NIF phải được vận hành vào năm 2003. Tuy nhiên, thời gian và kinh phí cần cho NIF đã đòi hỏi lớn hơn so với dự định: thoạt tiên giá thành của NIF được xác định ở mức 3,5 tỉ USD, nhưng trong thực tế, con số này đã bị nâng lên thêm vài trăm triệu USD nữa.

Trong giới khoa học thậm chí đã xuất hiện những cuộc tranh luận nảy lửa về việc, nói chung, dự án này có đáng "đồng tiền bát gạo" hay không? Thật may cho những người ủng hộ NIF là, mọi sự rồi đầu xuôi đuôi lọt và tới cuối tháng 1/2009, những chi tiết cuối cùng của NIF đã được lắp đặt xong.

Cho tới thời điểm hiện nay, NIF là "huynh trưởng" trong đội ngũ các công trình cùng tính năng. Hệ thống này gồm 192 máy lazer (nói một cách chính xác hơn, kênh lazer), hoạt động trong phổ tia cực tím với bước sóng 0,351 micromét (một micromét bằng một phần triệu mét). Động lượng lên tới 1,8 megajoule (một megajoule bằng một triệu Joule), được tách ra chỉ trong vòng vài nano giây (một nano giây là một phần tỉ giây).

Để so sánh nên biết: năng lượng lazer của hệ thống "quán quân" hiện nay là OMEGA (thuộc Trường Đại học Tổng hợp Rochester, Mỹ) chỉ ở mức 40 kilojoule (một kilojoule bằng một nghìn joule), tức là bằng một phần bốn nhăm so với NIF. Công suất đỉnh điểm của NIF là gần 500 terawatt (gần 500 nghìn tỉ watt), tức là cao gấp gần 100 lần so với công suất của một nhà máy điện cỡ lớn.

Tất cả những yếu tố trên là cần để, nói một cách hình ảnh, đốt mặt trời lên trong phòng thí nghiệm trên mặt đất. Nếu nói một cách nghiêm ngắn theo ngôn ngữ khoa học, đây là lĩnh vực nghiên cứu bằng lazer hoạt động của vật chất trong những điều kiện bất thường.

Những điều kiện đó là gì? "Áp suất lên tới 100 tỉ atmôtphe, nhiệt độ lên tới 100 triệu độ và tỉ trọng 100g trên một cm khối - Edward  Moses, một trong những nhà lãnh đạo dự án NIF & Photon Science, tiết lộ. - Những điều kiện này hiện hữu "bên trong" các vụ nổ hạt nhân, trong các phản ứng siêu mới hay phản ứng nhiệt hạch, thường là nguồn cung cấp năng lượng cho mặt trời và các vì sao".

Trước hết, các nhà khoa học bằng lazer có thể nghiên cứu hoạt động của vật chất trong vụ nổ hạt nhân - nói cho cùng, những nghiên cứu như thế đã và đang là nhiệm vụ chính yếu của NIF, khi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ bật đèn xanh cho việc khởi công xây dựng nó.

Những thử nghiệm hạt nhân thực tế hiện nay đã bị cấm bởi các công ước quốc tế, vì thế, để nghiên cứu những quá trình diễn ra trong các vụ nổ, các nhà khoa học phải sử dụng những mô hình trên computer. Theo ý kiến của các chuyên gia, những dữ kiện của NIF sẽ giúp đưa những mô hình này gần với thực tế ở mức độ cao hơn trước rất nhiều.

Nhiệm vụ thứ hai: các thí nghiệm về sự kìm giữ quán tính của platma. Dưới thuật ngữ có vẻ như khó hiểu này là một trong những phương pháp thổi lên phản ứng liên kết nhiệt hạch, giống như những gì diễn ra bên trong các ngôi sao.

Trong một phản ứng như thế diễn ra sự hòa quyện những hạt nhân của các phân tử nhẹ thành những phân tử nặng hơn, thí dụ như của hydro và các chất đồng vị của nó thành khí hêli. Trong quá trình đó sẽ tách ra một lượng khổng lồ năng lượng. Tuy nhiên, lặp lại quá trình này trong điều kiện phòng thí nghiệm là một việc cực kỳ không dễ.

Những hạt nhân có dấu dương sẽ đẩy nhau ra, và để chúng hòa quyện vào nhau, phải ép cực kỳ mạnh và làm nóng vật chất lên. Một nhiệm vụ hoàn toàn không bình thường chút nào: trong các ngôi sao nó được hoàn thành nhờ lực hấp dẫn (các ngôi sao tự co lại bởi lực hấp dẫn của chính mình), nhưng trên mặt đất thì phải tìm những phương pháp khác.

Thứ nhất - duy trì platma bằng từ trường. Mô hình này được sử dụng  các Tokamak (hộp trụ với những cuộn nam châm). Một trong những đề án như thế được biết tới nhiều hơn cả là đề án lò phản ứng ITER, hiện đang được xây dựng ở Cadarache (Pháp) với sự hợp tác của nhiều nước.

Nhưng cũng còn có một phương pháp khác nữa: dùng xung động làm nóng một lượng nhiên liệu nhiệt hạch, với điều kiện thời gian làm nóng và ép chặt vào phải nhỏ tới mức platma không kịp toé ra và ở bên trong nó sẽ xuất hiện quá trình "cháy" nhiệt hạch.

Thực tế đây là một vụ nổ tiểu năng. Quá trình như thế nói chung đã được thực hiện trong bom khinh khí (bom H) và giờ các nhà vật lý phải giải quyết một nhiệm vụ khác - biến nó thành một quá trình có thể điều khiển được.

Những tia lazer, hội tụ một cách cực kỳ chuẩn xác những phát xạ và bằng cách đó sẽ làm tăng công suất của nó lên, từ lâu đã được xem như những công cụ dự trữ đối với sự kìm giữ quán tính của platma. Trong lý thuyết mọi sự đều có vẻ ít nhiều đơn giản: mục tiêu với nhiên liệu cần được ép một cách dàn đều từ tất cả các hướng, để bên trong xuất hiện phản ứng liên kết. Thế nhưng, trong thực tế, mọi sự phức tạp hơn nhiều.

Để đốt lên thì trước hết phải cần một lượng năng lượng cực kỳ lớn. NIF - đó là hệ thống đầu tiên mà về lý thuyết, có thể "đốt" lên một liên kết nhiệt hạch. Nhưng vấn đề không chỉ ở tia lazer. Thực tế cho thấy, ép chặt nhiên liệu nhiệt hạch hoàn toàn không đơn giản.

Ý nghĩ đầu tiên có thể nghĩ ra - dùng tia bắn vào chính mục tiêu - không có tác dụng vì rất khó đạt được sự ép chặt một cách dàn đều. Và nếu sự ép chặt diễn ra không dàn đều thì phản ứng sẽ tắt ngay lập tức.

Các nhà vật lý quyết định tiếp cận vấn đề từ cả hai phía. Trong các hệ thống, kể cả trong NIF, tia lazer không cần "bắn" vào mục tiêu mà vào các thành tường một khoang đặc biệt (kích cỡ 9 milimet cao và 5 milimet dài) mà ở trong đó có mục tiêu. Kết quả là các thành tường bắt đầu toát ra dòng tia Rontgen.

Ngoài ra, kết cấu của mục tiêu cũng là một việc rất quan trọng. Đối với các thí nghiệm ở NIF sẽ sử dụng quả cầu rỗng làm từ chất berilli có đường kính 2 milimet mà trên các thành tường bên trong của chúng sẽ phết vào hỗn hợp chất deuterium và tritium, những chất đồng vị nặng của hydro.

Các bức xạ Rontgen sẽ làm đầy các khoang chứa mục tiêu làm bay hơi vỏ bọc berilli và xuất hiện vụ nổ tiểu năng. Vỏ bọc toát ra ngoài và trong quá trình đó, theo định luật bảo toàn xung động, hỗn hợp chất bên trong co lại và nóng lên, mạnh và nhanh tới mức trong platma vừa được hình thành bắt đầu một phản ứng nhiệt hạch.

Những thí nghiệm về sự kìm giữ quán tính của platma trên NIF, theo kế hoạch, sẽ được bắt đầu từ năm 2010, khi hệ thống này đã đạt được đầy đủ công suất của nó. Theo dự đoán lạc quan của ông Edward Moses, phản ứng đầu tiên mà trong đó lượng năng lượng toát ra vượt trên lượng nhập vào sẽ có thể diễn ra ngay vào năm 2013. Còn tiếp theo các nhà nghiên cứu sẽ phải đi tiếp con đường "dài xa thăm thẳm" mới may ra tới được một lò phản ứng nhiệt hạch theo đủ nghĩa của nó.

Và ngay cả nếu như mục tiêu đó không đạt được, nhiệm vụ của lazer sẽ không chỉ có thế: khả năng của NIF sẽ mở ra những triển vọng chưa từng có đối với các nghiên cứu thiên văn vật lý, vì cho phép tạo dựng với những mức độ tương ứng khác nhau những quá trình diễn ra trong các lỗ đen và bên trong các hành tinh khổng lồ, trên những sóng tỏa ra từ các vụ nổ những ngôi sao siêu mới và các đợt sóng gamma...

Các nhà nghiên cứu đang dự định tìm hiểu những bí ẩn của một trong những quá trình quan trọng nhất của vũ trụ: sự liên kết các phân tử nặng. Đó là các phân tử nặng hơn sắt, vì chính ở đó là ranh giới giữa các phân tử xuất hiện trong các phản ứng bên trong các ngôi sao thường và những phân tử sinh ra trong những điều kiện bất thường hơn bên trong những ngôi sao lớn và trong các vụ nổ của những ngôi sao siêu mới, khi mật độ và nhiệt độ cao hơn gấp vài triệu lần. Nếu hiểu được cơ chế xuất hiện của những phân tử nặng trong vũ trụ thì có thể hiểu được trái đất đã hình thành và tiến hoá như thế nào...

Theo lời của Bruce Remington, nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm quốc gia mang tên Lawrence tại thành phố Livermore, NIF đang mở ra một kỷ nguyên mới trong vật lý năng lượng cao và mật độ cao.

Tuy nhiên, NIF không phải là một hệ thống độc nhất vô nhị - hiện nay Pháp cũng đang triển khai một dự án tương tự và tới năm 2010, công trình Laser Megajoule, nằm ở gần Bordeaux, sẽ được hoàn thành. Các chỉ số của hệ thống đó cũng tương tự như của NIF. Hơn thế nữa, châu Âu dự định sẽ tiến xa thêm - một dự án khác là HiPER cũng đã được thông qua mà trong đó, hệ thống đốt mục tiêu bằng tia lazer sẽ được hoàn thiện hơn so với Laser Megajoule hay NIF