Laser Mégajoule ( LMJ ) es un gran dispositivo de investigación de fusión por confinamiento inercial (ICF) basado en láser cerca de Burdeos , Francia , construido por la dirección francesa de ciencia nuclear, Commissariat à l'Énergie Atomique (CEA).
El Laser Mégajoule tiene previsto suministrar más de 1 MJ de energía láser a sus objetivos, comprimiéndolos a una densidad de alrededor de 100 veces la del plomo. Es aproximadamente la mitad de energético que su homólogo estadounidense, el National Ignition Facility (NIF). El Laser Mégajoule es el mayor experimento ICF fuera de los EE. UU.
La principal tarea del Laser Mégajoule será perfeccionar los cálculos de fusión para las armas nucleares de Francia . [1] Una parte del tiempo del sistema está reservado para experimentos de ciencia de materiales. [2]
La construcción del LMJ llevó 15 años y costó 3.000 millones de euros. [3] Fue declarado operativo el 23 de octubre de 2014, cuando realizó su primer conjunto de experimentos relacionados con armas nucleares.
El láser Mégajoule utiliza una serie de 22 "líneas de luz" láser. Están dispuestas en cuatro "salas" independientes, dos de ellas contiguas a cada lado del área experimental en el centro. Dos de las salas tienen cinco líneas, las otras dos tienen seis. [4]
La emisión láser comienza con cuatro láseres optoelectrónicos , uno para cada sala. La luz láser de estas fuentes se amplifica en una serie de 120 módulos preamplificadores (PAM), que salen de los PAM como un haz cuadrado de unos 40 x 40 milímetros (1,6 x 1,6 pulgadas). El sistema está dispuesto de modo que los haces de los PAM se envían a los amplificadores en grupos de ocho, dispuestos como dos grupos de cuatro haces, un "cuadrado", un cuadrante encima del otro. Esto permite que cada línea de amplificadores produzca ocho haces separados. En cambio, el NIF utiliza amplificadores individuales para cada uno de sus 192 haces. [4]
Cada línea de luz contiene dos amplificadores de vidrio principales, que se bombean ópticamente mediante lámparas de destellos de xenón . Para extraer más potencia de los amplificadores, que no son particularmente eficientes en la transmisión de energía al haz, el pulso láser se envía a través de los amplificadores dos veces mediante un interruptor óptico frente a un espejo. [4]
Cuando se completa la amplificación, los haces viajan hacia el "extremo de la línea", más cercano a la cámara objetivo en el centro del edificio. Cada haz se refleja en una serie de seis espejos para reorganizarlos desde su orientación paralela en las líneas de haz que se dispondrán alrededor de la cámara objetivo. Los haces luego viajan a través de un multiplicador de frecuencia óptica para aumentar la frecuencia en el ultravioleta . Finalmente, se enfocan hasta aproximadamente 0,25 milímetros (0,0098 pulgadas) antes de ingresar a la cámara objetivo. [4]
La cámara experimental consiste en una esfera de aluminio de 10 metros de diámetro y 10 centímetros de espesor, que pesa alrededor de 140 toneladas métricas. Está cubierta por una capa de 40 centímetros de hormigón borado que forma un escudo biológico. [5]
Al igual que el NIF, el LMJ pretende utilizar el método de " impulso indirecto ", en el que la luz láser se utiliza para calentar un cilindro de alto Z hecho de algún metal pesado (a menudo oro ), conocido como " hohlraum ". El hohlraum emite entonces rayos X , que se utilizan para calentar una pequeña pastilla de combustible que contiene un combustible de fusión de deuterio - tritio (DT). [6]
Aunque se pierde una cantidad considerable de energía láser al calentar el hohlraum, los rayos X son mucho más eficientes para calentar la pastilla de combustible, lo que hace que el método de accionamiento indirecto sea aplicable a la investigación de armas nucleares. Los rayos X calientan la capa exterior de la pastilla tan rápidamente que explota hacia afuera, lo que hace que el resto de la pastilla sea empujado hacia adentro y provoca una onda de choque que viaja a través de la pastilla hasta el centro. Cuando la onda de choque converge desde todas las direcciones y se encuentra en el medio, la densidad y la temperatura alcanzan brevemente el criterio de Lawson y comienzan las reacciones de fusión. Si la velocidad de las reacciones es lo suficientemente alta, el calor generado por estas reacciones hará que el combustible circundante también se fusione. Esto continúa hasta que se consume la mayor parte del combustible en la pastilla. Este proceso se conoce como "ignición" y ha sido durante mucho tiempo un objetivo de los investigadores de la fusión.
La construcción del Laser Mégajoule comenzó con un único prototipo de línea de luz, conocida como Línea de Integración Láser ( LIL ) , alimentada por un banco de energía de 450 MJ. Se trataba básicamente de una versión más pequeña de las líneas del diseño principal, con cuatro haces en lugar de ocho. Entró en funcionamiento en 2002 y produjo 1.595 pulsos y llevó a cabo 636 experimentos antes de cerrar en febrero de 2014. Su último experimento fue llevado a cabo por LULI, Ecole Polytechnique y CELIA en la Universidad de Burdeos. [7]
El LMJ se retrasó varias veces, pero sólo por períodos cortos. El cronograma, que estaba previsto que entrara en funcionamiento a principios de 2014 [8] , se retrasó hasta diciembre [9] , pero finalmente se adelantó nuevamente hasta octubre [10] .
44°38′30.88″N 0°47′15.91″O / 44.6419111, -0.7877528