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Los láseres de Nanowire-zapping desbloquean el récord de eficiencia de fusión nuclear a microescala

Física

Michael Irving

15 de marzo de 2018

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La cámara objetivo se puede ver en la parte frontal de esta imagen del laboratorio en CSU, mientras que el láser de alta potencia se esconde en el fondo (Crédito: Advanced Beam Laboratory)

Investigadores de la Universidad Estatal de Colorado (CSU) han batido el récord de eficiencia para la fusión nuclear en la microescala. Con un láser de mesa ultrarrápido y de alta potencia, los resultados del equipo fueron aproximadamente 500 veces más eficientes que los experimentos anteriores. La clave de ese éxito es el material objetivo: en lugar de una pieza plana de polímero, los investigadores volaron matrices de nanocables para crear plasmas increíblemente calientes y densos.

Tenemos que agradecer la fusión nuclear por nuestra propia existencia; sin ella, el Sol no se habría encendido en primer lugar. Dentro de ese infierno, los átomos de hidrógeno se aplastan y, a través de una serie de reacciones en cadena, eventualmente forman helio. En el proceso, se liberan enormes cantidades de energía. Teóricamente, si podemos aprovechar ese fenómeno, podríamos producir un suministro esencialmente ilimitado de energía limpia, y aunque en los últimos años se han logrado avances, la energía de fusión nuclear permanece increíblemente fuera de alcance.

Pero el proceso también podría tener otras aplicaciones, que podrían desbloquearse haciendo que funcione en una escala más pequeña. En lugar de las enormes configuraciones de láser utilizadas por otros investigadores para recrear las condiciones en el centro de las estrellas, el equipo de CSU usó un láser relativamente compacto que podría caber sobre una mesa para emitir pulsos de luz ultrarrápidos al objetivo.

En otros experimentos, ese objetivo suele ser una pieza plana de un material, pero en este caso, los investigadores utilizaron matrices de nanocables hechos de polietileno deuterado. Los rayos láser destruyen los nanocables en cuestión de femtosegundos (quadrillionths de un segundo), creando plasmas de densidad ultraalta, que a su vez emiten helio y una gran cantidad de neutrones.

Los científicos informan que su experimento produjo hasta 2 millones de neutrones de fusión por julios de energía láser. Eso es aproximadamente 500 veces más que otros experimentos que han producido utilizando objetivos planos, y establece un nuevo rendimiento récord para los láseres de esta intensidad.

Además de mejorar nuestra comprensión de las misteriosas interacciones entre la luz y la materia, una producción de neutrones de fusión más eficiente podría ayudar a mejorar las técnicas de imagen de neutrones. Estas partículas subatómicas neutras están demostrando ser útiles para mirar dentro de los objetos de manera similar a los rayos X, pero no causan daño al objetivo y pueden penetrar en los metales y otros materiales que los rayos X no pueden.

La investigación fue publicada en la revista Nature Communications .

Fuente: Universidad Estatal de Colorado

La imagen superior izquierda es una foto de microscopio electrónico de barrido de los nanocables de polietileno deuterado; las otras tres imágenes son simulaciones por computadora de aquellos nanocables que explotan después de ser golpeados con los rayos láser (Crédito: Advanced Beam Laboratory)

La cámara objetivo se puede ver en la parte frontal de esta imagen del laboratorio en CSU, mientras que el láser de alta potencia se esconde en el fondo (Crédito: Advanced Beam Laboratory)

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