Los láser más potentes del mundo

A principios del próximo siglo comenzarán a funcionar en Estados Unidos y Francia los dos láser más potentes jamás construidos. Podrán inyectar en una diana de pocos milímetros, y en menos de una milmillonésima de segundo, una energía equivalente a la de una explosión de medio kilo de TNT, con lo que lograrán que por un instante la materia se vuelva mil veces más densa. Saber cómo 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 energía 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 decisión polémica. Estos láser aparecen como el resultado de la nueva estrategia de investigación en armamento nuclear basada sólo en hacer simulaciones, con la única intención declarada por la Dirección de Aplicaciones Militares Francesa y el Departamento de Energía estadounidense de mantener

Defensa y ciencia

Pero ninguno de estos aspectos quiso ser discutido por los representantes estadounidenses y franceses reunidos en la 24ª Conferencia Europea sobre la Interacción del Láser con la Materia, celebrada recientemente en la Escuela Superior de Ingenieros Industriales de Madrid (ETSII). Según Chris Keane, de Livermore, "aún no está decidido en qué medida la instalación se dedicará a fines de defensa o científicos"; Alain Jolás, del Comisariado para la Energía Atómica francés y uno de los responsables del láser francés, no opina sobre a qué tipo de investigación concedió mayor importancia su Gobierno: "Sólo puedo decir que, desde luego, haremos simulaciones de armamento nuclear, pero queremos trabajar con el resto de la comunidad científica para entender la física de la materia comprimida a estas presiones. Esto es lo más importante". Una diferencia entre ambos proyectos es que los estadounidenses publicarán "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 decidió hace dos años le vantar el secreto de los resultados de la investigación en estas instalaciones, pero no ha ocurrido igual en Francia, el Reino Unido y Rusia.

En ambas instalaciones la emisión láser -un haz de luz formado por fotones que viajan todos en la misma dirección y con frecuencias similares- provendrá de la excitación de los átomos de neodimio. "Los átomos de este cristal son excitados con luz normal, de una lámpara, por ejemplo, y eso inicia el efecto láser. Luego, para multiplicarlo, y por tanto aumentar su energía, la emisión 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 ocuparán lo que dos campos de rugby.

El láser francés estará cerca de Burdeos, costará mil millones de dólares y lo formarán 240 haces. El estadounidense, llamado National Ignition Facility (NIF), aún no tiene emplazamiento definitivo, tendrá 192 haces y aproximadamente el mismo presupuesto. Están pensados para alcanzar los dos megajulios de energía, con lo que superarán con mucho a los más avanzados hoy, como el estadounidense NOVA (200 kilojulios), el japonés Gekko XII (20 kilojulios), y el francés Phebus (3 kilojulios).

"Los niveles de energía que alcanzaremos son los necesarios para llegar a obtener ignición del plasma en el laboratorio", dice Keane. La diana en la que golpeará el láser contiene unos cuantos miligramos de isótopos de hidrógeno (deuterio y tritio); cuando el láser inyecta la energía, la parte exterior de la cápsula se calienta a millones de grados y se expande, mientras que los átomos del interior se comprimen. Si la densidad es lo bastante elevada los átomos se fusionan y liberan energía.

Ignición

"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 fusión entre los átomos", explica Emilio Mínguez, de la ETSII, pero no se ha liberado más energía de la cedida por el láser. Cuando esto se produce los expertos en estas instalaciones consideran que logran ignición (aunque no hay ganancia energética total). La ignición es un objetivo perseguido tanto por la investigación militar como por la puramente científica. Esta última, sin embargo, al menos en lo referente a construir un futuro reactor que produzca energía eléctrica a partir de la fusión de dos núcleos atómicos por confinamiento inercial (que es como se llama esta técnica), es mucho más exigente. Un reactor basado en este sistema que produjera 1.000 megawatios de potencia necesitaría un láser con un rendimiento mínimo del 10%, que además pueda ser disparado varias veces en un sólo segundo. Otro requisito es que de la cápsula-diana salga alrededor de cien veces más energía de la que ha entrado con el láser, que debería ser de unos 10 megajulios de energía. En el NIF, según Perlado, el rendimiento del láser será inferior al 0,5%; se disparará entre 10 y 20 veces al día y se espera que de la diana salga diez veces más energía de la que entra con el láser.

"Los principales problemas en estas instalaciones son mejorar el rendimiento del láser y conseguir que pueda dispararse repetidamente sin que se dañe el material que produce la emisión inicial. También hay que perfeccionar el diseño de las cápsulas con el deuterio y el tritio", explica Sadao Nakai, de la Universidad de Osaka (Japón).