Los l¨¢ser m¨¢s potentes del mundo

A principios del pr¨®ximo siglo comenzar¨¢n a funcionar en Estados Unidos y Francia los dos l¨¢ser m¨¢s potentes jam¨¢s construidos. Podr¨¢n inyectar en una diana de pocos mil¨ªmetros, y en menos de una milmillon¨¦sima de segundo, una energ¨ªa equivalente a la de una explosi¨®n de medio kilo de TNT, con lo que lograr¨¢n que por un instante la materia se vuelva mil veces m¨¢s densa. Saber c¨®mo reacciona la materia en tales circunstancias. sirve para entender lo que pasa en el interior de las estrellas y para estudiar una posible forma de obtener energ¨ªa nuclear sin apenas residuos radiactivos, aunque es la posibilidad de investigar en armamento nuclear sin tener que hacer explosiones reales el principal motivo por el que estas instalaciones han sido aprobadas. Ha sido una decisi¨®n pol¨¦mica. Estos l¨¢ser aparecen como el resultado de la nueva estrategia de investigaci¨®n en armamento nuclear basada s¨®lo en hacer simulaciones, con la ¨²nica intenci¨®n declarada por la Direcci¨®n de Aplicaciones Militares Francesa y el Departamento de Energ¨ªa estadounidense de mantener

Defensa y ciencia

Pero ninguno de estos aspectos quiso ser discutido por los representantes estadounidenses y franceses reunidos en la 24? Conferencia Europea sobre la Interacci¨®n del L¨¢ser con la Materia, celebrada recientemente en la Escuela Superior de Ingenieros Industriales de Madrid (ETSII). Seg¨²n Chris Keane, de Livermore, "a¨²n no est¨¢ decidido en qu¨¦ medida la instalaci¨®n se dedicar¨¢ a fines de defensa o cient¨ªficos"; Alain Jol¨¢s, del Comisariado para la Energ¨ªa At¨®mica franc¨¦s y uno de los responsables del l¨¢ser franc¨¦s, no opina sobre a qu¨¦ tipo de investigaci¨®n concedi¨® mayor importancia su Gobierno: "S¨®lo puedo decir que, desde luego, haremos simulaciones de armamento nuclear, pero queremos trabajar con el resto de la comunidad cient¨ªfica para entender la f¨ªsica de la materia comprimida a estas presiones. Esto es lo m¨¢s importante". Una diferencia entre ambos proyectos es que los estadounidenses publicar¨¢n "si no todos los resultados que vayamos teniendo al menos la mayor parte, incluso los de aplicaciones militares. Ya lo hacemos ahora", dice Keane. Los franceses no. EEUU decidi¨® hace dos a?os le vantar el secreto de los resultados de la investigaci¨®n en estas instalaciones, pero no ha ocurrido igual en Francia, el Reino Unido y Rusia.

En ambas instalaciones la emisi¨®n l¨¢ser -un haz de luz formado por fotones que viajan todos en la misma direcci¨®n y con frecuencias similares- provendr¨¢ de la excitaci¨®n de los ¨¢tomos de neodimio. "Los ¨¢tomos de este cristal son excitados con luz normal, de una l¨¢mpara, por ejemplo, y eso inicia el efecto l¨¢ser. Luego, para multiplicarlo, y por tanto aumentar su energ¨ªa, la emisi¨®n inicial debe ser amplificada usando tubos de espejo de cientos de metros de largo", explica uno de los organizadores del congreso, Manuel Perlado. Se calcula que ocupar¨¢n lo que dos campos de rugby.

El l¨¢ser franc¨¦s estar¨¢ cerca de Burdeos, costar¨¢ mil millones de d¨®lares y lo formar¨¢n 240 haces. El estadounidense, llamado National Ignition Facility (NIF), a¨²n no tiene emplazamiento definitivo, tendr¨¢ 192 haces y aproximadamente el mismo presupuesto. Est¨¢n pensados para alcanzar los dos megajulios de energ¨ªa, con lo que superar¨¢n con mucho a los m¨¢s avanzados hoy, como el estadounidense NOVA (200 kilojulios), el japon¨¦s Gekko XII (20 kilojulios), y el franc¨¦s Phebus (3 kilojulios).

"Los niveles de energ¨ªa que alcanzaremos son los necesarios para llegar a obtener ignici¨®n del plasma en el laboratorio", dice Keane. La diana en la que golpear¨¢ el l¨¢ser contiene unos cuantos miligramos de is¨®topos de hidr¨®geno (deuterio y tritio); cuando el l¨¢ser inyecta la energ¨ªa, la parte exterior de la c¨¢psula se calienta a millones de grados y se expande, mientras que los ¨¢tomos del interior se comprimen. Si la densidad es lo bastante elevada los ¨¢tomos se fusionan y liberan energ¨ªa.

Ignici¨®n

"Hasta ahora se ha logrado alcanzar una densidad 600 veces superior a la normal entre el deuterio y el tritio. Eso ha bastado para producir fusi¨®n entre los ¨¢tomos", explica Emilio M¨ªnguez, de la ETSII, pero no se ha liberado m¨¢s energ¨ªa de la cedida por el l¨¢ser. Cuando esto se produce los expertos en estas instalaciones consideran que logran ignici¨®n (aunque no hay ganancia energ¨¦tica total). La ignici¨®n es un objetivo perseguido tanto por la investigaci¨®n militar como por la puramente cient¨ªfica. Esta ¨²ltima, sin embargo, al menos en lo referente a construir un futuro reactor que produzca energ¨ªa el¨¦ctrica a partir de la fusi¨®n de dos n¨²cleos at¨®micos por confinamiento inercial (que es como se llama esta t¨¦cnica), es mucho m¨¢s exigente. Un reactor basado en este sistema que produjera 1.000 megawatios de potencia necesitar¨ªa un l¨¢ser con un rendimiento m¨ªnimo del 10%, que adem¨¢s pueda ser disparado varias veces en un s¨®lo segundo. Otro requisito es que de la c¨¢psula-diana salga alrededor de cien veces m¨¢s energ¨ªa de la que ha entrado con el l¨¢ser, que deber¨ªa ser de unos 10 megajulios de energ¨ªa. En el NIF, seg¨²n Perlado, el rendimiento del l¨¢ser ser¨¢ inferior al 0,5%; se disparar¨¢ entre 10 y 20 veces al d¨ªa y se espera que de la diana salga diez veces m¨¢s energ¨ªa de la que entra con el l¨¢ser.

"Los principales problemas en estas instalaciones son mejorar el rendimiento del l¨¢ser y conseguir que pueda dispararse repetidamente sin que se da?e el material que produce la emisi¨®n inicial. Tambi¨¦n hay que perfeccionar el dise?o de las c¨¢psulas con el deuterio y el tritio", explica Sadao Nakai, de la Universidad de Osaka (Jap¨®n).