La Instalación Nacional de Ignición ( NIF ) es un dispositivo de investigación de fusión por confinamiento inercial (ICF) basado en láser , ubicado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en Livermore, California , Estados Unidos. La misión de la NIF es lograr la ignición por fusión con una alta ganancia de energía . Logró la primera instancia de fusión controlada de equilibrio científico en un experimento el 5 de diciembre de 2022, con un factor de ganancia de energía de 1,5. [1] [2] Apoya el mantenimiento y el diseño de armas nucleares al estudiar el comportamiento de la materia en las condiciones que se encuentran dentro de las explosiones nucleares. [3]
El NIF es el dispositivo ICF más grande y poderoso construido hasta la fecha. [4] El concepto básico del ICF es comprimir una pequeña cantidad de combustible para alcanzar la presión y la temperatura necesarias para la fusión. El NIF alberga el láser más energético del mundo . El láser calienta la capa exterior de una pequeña esfera. La energía es tan intensa que hace que la esfera implosione, comprimiendo el combustible en su interior. La implosión alcanza una velocidad máxima de 350 km/s (0,35 mm/ns), [5] elevando la densidad del combustible de aproximadamente la del agua a aproximadamente 100 veces la del plomo . La entrega de energía y el proceso adiabático durante la implosión elevan la temperatura del combustible a cientos de millones de grados. A estas temperaturas, los procesos de fusión ocurren en el pequeño intervalo antes de que el combustible explote hacia afuera.
La construcción del NIF comenzó en 1997. El NIF se completó cinco años después de lo previsto y costó casi cuatro veces su presupuesto original. La construcción fue certificada como completada el 31 de marzo de 2009 por el Departamento de Energía de los EE. UU . [6] Los primeros experimentos a gran escala se realizaron en junio de 2009 [7] y los primeros "experimentos de ignición integrada" (que probaron la potencia del láser) se declararon completados en octubre de 2010. [8]
De 2009 a 2012 se llevaron a cabo experimentos en el marco de la Campaña Nacional de Ignición, con el objetivo de alcanzar la ignición justo después de que el láser alcanzara su máxima potencia, en algún momento de la segunda mitad de 2012. La campaña finalizó oficialmente en septiembre de 2012, aproximadamente en 1 ⁄ 10 de las condiciones necesarias para la ignición. [9] [10] A partir de entonces, el NIF se ha utilizado principalmente para la ciencia de los materiales y la investigación armamentística. En 2021, tras mejoras en el diseño del objetivo de combustible, el NIF produjo el 70% de la energía del láser, batiendo el récord establecido en 1997 por el reactor JET con un 67% y logrando un plasma ardiente . [11] El 5 de diciembre de 2022, tras nuevas mejoras técnicas, el NIF alcanzó la "ignición", o punto de equilibrio científico , por primera vez, logrando un rendimiento energético del 154% en comparación con la energía de entrada. [12] Sin embargo, aunque esto fue un éxito científico, [13] el experimento en la práctica produjo menos del 1% de la energía que la instalación utilizó para crearlo: [14] mientras que se obtuvieron 3,15 MJ de energía a partir de una entrada de 2,05 MJ, [15] los láseres que entregaron los 2,05 MJ de energía tardaron alrededor de 300 MJ en producirse en la instalación. [13]
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Los dispositivos de fusión por confinamiento inercial (ICF) utilizan una energía intensa para calentar rápidamente las capas externas de un objetivo con el fin de comprimirlo. La fisión nuclear proporciona la fuente de energía para las ojivas termonucleares, mientras que fuentes como láseres y haces de partículas se utilizan en dispositivos que no son de fisión. [16]
El objetivo es una pequeña pastilla esférica que contiene unos pocos miligramos de combustible de fusión, normalmente una mezcla de deuterio (D) y tritio (T), ya que esta composición tiene la temperatura de ignición más baja. [16]
Varios rayos láser calientan la superficie del pellet hasta formar un plasma que explota y se aleja de la superficie. El resto del pellet se impulsa hacia adentro por todos los lados, formando un pequeño volumen de densidad extremadamente alta. La explosión de la superficie crea ondas de choque que viajan hacia adentro. En el centro del combustible, un pequeño volumen se calienta y se comprime aún más. Cuando la temperatura y la densidad son lo suficientemente altas, se producen reacciones de fusión. [17] La energía debe entregarse rápidamente y distribuirse de manera extremadamente uniforme por la superficie exterior del objetivo para comprimir el combustible de manera simétrica. [18]
Las reacciones liberan partículas de alta energía, algunas de las cuales, principalmente partículas alfa , chocan con el combustible no fusionado y lo calientan aún más, lo que puede desencadenar una fusión adicional. Al mismo tiempo, el combustible también pierde calor a través de pérdidas de rayos X y electrones calientes que abandonan el área del combustible. Por lo tanto, la tasa de calentamiento alfa debe ser mayor que la tasa de pérdida, denominada bootstrapping . [19] Dadas las condiciones adecuadas (densidad, temperatura y duración lo suficientemente altas), el bootstrapping da como resultado una reacción en cadena , que se quema hacia afuera desde el centro. Esto se conoce como ignición , que fusiona una parte significativa del combustible y libera grandes cantidades de energía. [20]
En 1998, la mayoría de los experimentos de ICF habían utilizado impulsores láser. Se han estudiado otros impulsores, como los iones pesados impulsados por aceleradores de partículas . [21] [22]
A partir de 2004, el NIF utilizó el método de funcionamiento de accionamiento indirecto, en el que el láser calienta un pequeño cilindro de metal que rodea la cápsula en su interior. El calor hace que el cilindro, conocido como hohlraum (en alemán, "sala hueca" o cavidad), vuelva a emitir la energía en forma de rayos X de frecuencia aún más alta , que todavía están distribuidos de manera más uniforme y simétrica. Los sistemas experimentales, incluidos los láseres OMEGA y Nova , validaron este enfoque. [23] La alta potencia del NIF admite un objetivo mucho más grande; el diseño de la pastilla de referencia tiene aproximadamente 2 mm de diámetro. Se enfría a aproximadamente 18 kelvin (−255 °C) y se reviste con una capa de combustible de deuterio-tritio (DT) congelado. El interior hueco contiene una pequeña cantidad de gas DT. [24]
En un experimento típico, el láser genera 3 MJ de energía láser infrarroja de un total posible de 4. Aproximadamente 1,5 MJ permanecen después de la conversión a UV, y otro 15 por ciento se pierde en el hohlraum. Aproximadamente el 15 por ciento de los rayos X resultantes, unos 150 kJ, son absorbidos por las capas externas del objetivo. [25] El acoplamiento entre la cápsula y los rayos X es con pérdida, y en última instancia solo se depositan entre 10 y 14 kJ de energía en el combustible. [26]
Los combustibles en el centro del objetivo se comprimen a una densidad de aproximadamente 1000 g/cm 3. [27] A modo de comparación, el plomo tiene una densidad de aproximadamente 11 g/cm 3 ). La presión es el equivalente a 300 mil millones de atmósferas . [19]
En base a simulaciones, se esperaba [¿ cuándo? ] que se liberarían alrededor de 20 MJ de energía de fusión, resultando en una ganancia neta de energía de fusión, denotada Q , de alrededor de 15 (energía de fusión de salida/energía láser UV de entrada). [25] Se espera que las mejoras tanto en el sistema láser como en el diseño del hohlraum mejoren la energía absorbida por la cápsula a alrededor de 420 kJ (y por lo tanto quizás de 40 a 50 en el propio combustible), lo que, a su vez, podría generar hasta 100-150 MJ de energía de fusión. [27] El diseño de referencia permite un máximo de alrededor de 45 MJ de liberación de energía de fusión, debido al diseño de la cámara objetivo. [28] Esto es el equivalente a alrededor de 11 kg de TNT explotando. [29] Las simulaciones sugieren que una implosión en el mejor de los casos producirá una energía máxima de 7 MJ, muy por debajo del límite físico de la cámara. [30]
En 1996, estas energías de salida eran inferiores a los 400 MJ [31] de energía en los condensadores del sistema que alimentan los amplificadores láser. La eficiencia neta de conexión a red de NIF (energía láser UV de salida dividida por la energía necesaria para bombear los láseres desde una fuente externa) sería inferior al uno por ciento, y la eficiencia total de conexión a red a fusión es inferior al 10% en el mejor de los casos. Para que sea útil para la producción de energía, la salida de fusión debe ser al menos un orden de magnitud mayor que esta entrada. Los sistemas comerciales de fusión láser utilizarían láseres de estado sólido bombeados por diodos mucho más eficientes , en los que se han demostrado eficiencias de conexión a red del 10 por ciento, y se esperaban eficiencias del 16 al 18 por ciento con conceptos avanzados en desarrollo en 1996. [32]
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A partir de 2010, el NIF se propuso crear un único destello de luz de 500 teravatios (TW) de potencia máxima que llegase al objetivo desde numerosas direcciones en unos pocos picosegundos . El diseño utiliza 192 líneas de luz en un sistema paralelo de láseres de vidrio de fosfato dopado con neodimio y bombeados con lámparas de destello . [33]
Para garantizar que la salida de las líneas de luz sea uniforme, el láser se amplifica desde una única fuente en el sistema de inyección láser (ILS). Esto comienza con un destello de baja potencia de luz infrarroja de 1053 nanómetros (nm) generada en un láser de fibra óptica dopado con iterbio denominado oscilador maestro. [34] Su luz se divide y se dirige a 48 módulos preamplificadores (PAM). Cada PAM lleva a cabo un proceso de amplificación de dos etapas a través de lámparas de destello de xenón . La primera etapa es un amplificador regenerativo en el que el pulso circula de 30 a 60 veces, aumentando su energía de nanojulios a decenas de milijulios. La segunda etapa envía la luz cuatro veces a través de un circuito que contiene un amplificador de vidrio de neodimio similar a (pero mucho más pequeño que) los utilizados en las líneas de luz principales, aumentando los milijulios a aproximadamente 6 julios. Según LLNL, diseñar los PAM fue uno de los principales desafíos. Las mejoras posteriores les permitieron superar sus objetivos de diseño iniciales. [35]
La amplificación principal se lleva a cabo en una serie de amplificadores de vidrio ubicados en un extremo de las líneas de luz. Antes de disparar, los amplificadores son bombeados ópticamente por un total de 7.680 lámparas de destello. Las lámparas son alimentadas por un banco de condensadores que almacena 400 MJ (110 kWh). Cuando el frente de onda pasa a través de ellos, los amplificadores liberan parte de la energía almacenada en ellos en el haz. Los haces se envían a través del amplificador principal cuatro veces, utilizando un interruptor óptico ubicado en una cavidad con espejo. Estos amplificadores elevan los 6 J originales a 4 MJ nominales. [17] Dada la escala de tiempo de unos pocos nanosegundos, la potencia UV máxima entregada al objetivo alcanza los 500 TW. [36]
Cerca del centro de cada línea de luz, y ocupando la mayor parte de la longitud total, se encuentran los filtros espaciales . Estos consisten en tubos largos con pequeños telescopios en el extremo que enfocan el haz hacia un punto diminuto en el centro del tubo, donde una máscara corta cualquier luz dispersa fuera del punto focal. Los filtros aseguran que la imagen del haz sea extremadamente uniforme. Los filtros espaciales fueron un gran avance. Fueron introducidos en el láser Cyclops , un experimento LLNL anterior. [37]
La longitud de extremo a extremo del recorrido del haz láser, incluidos los interruptores, es de unos 1.500 metros (4.900 pies). Los diversos elementos ópticos de las líneas de luz suelen estar empaquetados en unidades reemplazables en línea (LRU), cajas estandarizadas del tamaño de una máquina expendedora que se pueden sacar de la línea de luz para sustituirlas desde abajo. [38]
Una vez finalizada la amplificación, la luz se desvía de nuevo hacia la línea de luz, desde donde se dirige al otro extremo del edificio hasta la cámara objetivo. La cámara objetivo es una esfera de acero de varias piezas de 10 metros de diámetro (33 pies) que pesa 130.000 kilogramos (290.000 libras). [39] Justo antes de llegar a la cámara objetivo, la luz se refleja en espejos en el patio de maniobras y en el área objetivo para alcanzar el objetivo desde diferentes direcciones. Dado que la longitud del camino desde el oscilador maestro hasta el objetivo es diferente para cada línea de luz, se utilizan ópticas para retrasar la luz con el fin de garantizar que todos lleguen al centro con unos pocos picosegundos de diferencia entre sí. [40]
Uno de los últimos pasos antes de llegar a la cámara objetivo es convertir la luz infrarroja (IR) a 1053 nm en la ultravioleta (UV) a 351 nm en un dispositivo conocido como convertidor de frecuencia . [41] Estos están hechos de láminas delgadas (de aproximadamente 1 cm de espesor) cortadas de un solo cristal de dihidrógeno fosfato de potasio . Cuando la luz de 1053 nm (IR) pasa a través de la primera de dos de estas láminas, la adición de frecuencia convierte una gran fracción de la luz en luz de 527 nm (verde). Al pasar a través de la segunda lámina, la combinación de frecuencias convierte gran parte de la luz de 527 nm y la luz restante de 1053 nm en luz de 351 nm (UV). La luz infrarroja (IR) es mucho menos efectiva que la UV para calentar los objetivos, porque IR se acopla más fuertemente con los electrones calientes que absorben una cantidad considerable de energía e interfieren con la compresión. El proceso de conversión puede alcanzar eficiencias máximas de alrededor del 80 por ciento para un pulso láser que tiene una forma temporal plana , pero la forma temporal necesaria para la ignición varía significativamente a lo largo de la duración del pulso. El proceso de conversión real tiene una eficiencia de alrededor del 50 por ciento, lo que reduce la energía suministrada a un valor nominal de 1,8 MJ. [42]
A partir de 2010, un aspecto importante de cualquier proyecto de investigación del ICF era garantizar que los experimentos pudieran llevarse a cabo en el momento oportuno. Los dispositivos anteriores generalmente tenían que enfriarse durante muchas horas para permitir que las lámparas de destello y el vidrio láser recuperaran su forma después del disparo (debido a la expansión térmica), lo que limitaba su uso a uno o menos disparos por día. Uno de los objetivos del NIF ha sido reducir este tiempo a menos de cuatro horas, para permitir 700 disparos al año. [43]
El NIF también está explorando nuevos tipos de objetivos. Los experimentos anteriores generalmente usaban abladores de plástico , típicamente poliestireno (CH). Los objetivos del NIF se construyen recubriendo una forma de plástico con una capa de berilio pulverizado o aleación de berilio-cobre, y luego oxidando el plástico desde el centro. [44] [45] Los objetivos de berilio ofrecen mayores eficiencias de implosión a partir de entradas de rayos X. [46]
Aunque el NIF fue diseñado principalmente como un dispositivo de accionamiento indirecto, la energía del láser en 2008 era lo suficientemente alta como para ser utilizado como un sistema de accionamiento directo, donde el láser brilla directamente sobre el objetivo sin conversión a rayos X. Se estimó que la potencia entregada por los rayos UV del NIF era más que suficiente para provocar la ignición, lo que permite ganancias de energía de fusión de aproximadamente 40x, algo más que el sistema de accionamiento indirecto. [47]
A partir de 2005, las implosiones a escala en el láser OMEGA y las simulaciones por computadora demostraron que el NIF era capaz de encenderse utilizando una configuración de accionamiento directo polar (PDD) donde el objetivo era irradiado directamente por el láser solo desde arriba y desde abajo, sin cambios en el diseño de la línea de haz del NIF. [48]
A partir de 2005, se diseñaron otros objetivos, llamados objetivos Saturno, específicamente para reducir la anisotropía y mejorar la implosión. [49] Presentan un pequeño anillo de plástico alrededor del "ecuador" del objetivo, que se convierte en plasma cuando es alcanzado por el láser. Parte de la luz del láser se refracta a través de este plasma de vuelta hacia el ecuador del objetivo, equilibrando el calentamiento. Se cree que es posible la ignición NIF con ganancias de poco más de 35 veces, produciendo resultados casi tan buenos como el enfoque de accionamiento directo totalmente simétrico. [48]
La historia del ICF en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en Livermore, California , comenzó con el físico John Nuckolls , quien comenzó a considerar el problema después de una reunión en 1957 organizada allí por Edward Teller . Durante estas reuniones, surgió la idea más tarde conocida como PACER . PACER preveía la explosión de pequeñas bombas de hidrógeno en grandes cavernas para generar vapor que se convertiría en energía eléctrica. Después de identificar los problemas con este enfoque, Nuckolls se preguntó qué tan pequeña podría ser una bomba que aún generara energía neta positiva. [50]
Una bomba de hidrógeno típica tiene dos partes: una bomba de fisión basada en plutonio conocida como la bomba primaria y una disposición cilíndrica de combustibles de fusión conocida como la bomba secundaria . La bomba primaria libera rayos X, que quedan atrapados dentro de la carcasa de la bomba. Calientan y comprimen la bomba secundaria hasta que se enciende. La bomba secundaria consiste en combustible de deuteruro de litio (LiD), que requiere una fuente de neutrones externa. Esta normalmente tiene la forma de una pequeña "bujía" de plutonio en el centro del combustible. La idea de Nuckolls era explorar cuán pequeña podría hacerse la bomba secundaria y qué efectos tendría esto en la energía necesaria de la bomba primaria para causar la ignición. El cambio más simple es reemplazar el combustible de LiD con gas DT, eliminando la necesidad de la bujía. Esto permite bombas secundarias de cualquier tamaño: a medida que la bomba secundaria se encoge, también lo hace la cantidad de energía necesaria para la ignición. A nivel de miligramos, los niveles de energía comenzaron a acercarse a los disponibles a través de varios dispositivos conocidos. [50]
A principios de los años 1960, Nuckolls y otros diseñadores de armas habían desarrollado los lineamientos del ICF. El combustible DT se colocaría en una pequeña cápsula, diseñada para ablacionarse rápidamente cuando se calienta y, de ese modo, maximizar la compresión y la formación de ondas de choque. Esta cápsula se colocaría dentro de una carcasa diseñada, el hohlraum, que actúa como la carcasa de la bomba. El hohlraum no tenía que calentarse con rayos X; se podía utilizar cualquier fuente de energía siempre que entregara suficiente energía para calentar el hohlraum y producir rayos X. Lo ideal sería que la fuente de energía estuviera ubicada a cierta distancia, para aislar mecánicamente ambos extremos de la reacción. Se podría utilizar una pequeña bomba atómica como fuente de energía, como en una bomba de hidrógeno, pero lo ideal sería utilizar fuentes de energía más pequeñas. Utilizando simulaciones por computadora, los equipos estimaron que se necesitarían alrededor de 5 MJ de energía del primario, generando un haz de 1 MJ. [50] Para poner esto en perspectiva, un primario de fisión pequeño (0,5 kt) libera 2 TJ. [51] [52] [53]
Mientras Nuckolls y el LLNL trabajaban en conceptos basados en hohlraum, el físico de la UCSD Keith Brueckner trabajaba de forma independiente en el accionamiento directo. A principios de la década de 1970, Brueckner formó KMS Fusion para comercializar este concepto. Esto desató una intensa rivalidad entre el KMS y los laboratorios de armas. El ICF, que antes se ignoraba, se convirtió en un tema candente y la mayoría de los laboratorios comenzaron a trabajar en él. [50] El LLNL decidió concentrarse en los láseres de vidrio, mientras que otras instalaciones estudiaban los láseres de gas que utilizaban dióxido de carbono (por ejemplo, ANTARES, Laboratorio Nacional de Los Álamos ) o KrF (por ejemplo , el láser Nike , Laboratorio de Investigación Naval ). [54]
A lo largo de estas primeras etapas, gran parte de la comprensión del proceso de fusión fue el resultado de simulaciones por computadora, principalmente LASNEX . LASNEX simplificó la reacción a una aproximación bidimensional, que era todo lo que era posible con la potencia de cálculo disponible. LASNEX estimó que los controladores láser en el rango de kJ podían alcanzar una ganancia baja, que estaba justo dentro del estado de la técnica. [50] Esto condujo al proyecto láser Shiva que se completó en 1977. Shiva se quedó muy lejos de sus objetivos. Las densidades alcanzadas fueron miles de veces más pequeñas que las predichas. Esto se debió a problemas con la forma en que el láser entregaba calor al objetivo. La mayor parte de su energía energizaba electrones en lugar de toda la masa de combustible. Experimentos y simulaciones posteriores demostraron que este proceso podría mejorarse drásticamente utilizando longitudes de onda más cortas. [55]
Las posteriores actualizaciones de los programas de simulación, que tuvieron en cuenta estos efectos, predijeron que un diseño diferente alcanzaría la ignición. Este sistema tomó la forma del láser Nova de 20 haces y 200 kJ . Durante la fase de construcción, Nuckolls encontró un error en sus cálculos, y una revisión de octubre de 1979 presidida por el ex director del LLNL, John S. Foster Jr., confirmó que Nova no alcanzaría la ignición. Se modificó a un diseño más pequeño de 10 haces que convertía la luz a 351 nm y aumentaba la eficiencia de acoplamiento. [56] Nova pudo entregar alrededor de 30 kJ de energía láser UV, aproximadamente la mitad de lo esperado, principalmente debido al daño óptico en la óptica de enfoque final. Incluso a esos niveles, estaba claro que las predicciones para la producción de fusión eran erróneas; incluso con las potencias limitadas disponibles, los rendimientos de fusión estaban muy por debajo de las predicciones. [ cita requerida ]
Cada experimento demostró que la energía necesaria para alcanzar la ignición seguía subestimándose. El Departamento de Energía (DOE) decidió que la experimentación directa era la mejor manera de resolver el problema y en 1978 comenzó una serie de experimentos subterráneos en el Sitio de Pruebas de Nevada que utilizaban pequeñas bombas nucleares para iluminar objetivos de ICF. Las pruebas se conocieron como Halite (LLNL) y Centurion (LANL). [57]
El concepto básico de las pruebas se había desarrollado en la década de 1960 como una forma de desarrollar ojivas antimisiles balísticos . Se descubrió que las bombas que explotaban fuera de la atmósfera emitían ráfagas de rayos X que podían dañar una ojiva enemiga a larga distancia. Para probar la eficacia de este sistema y desarrollar contramedidas para proteger las ojivas estadounidenses, la Agencia de Apoyo Atómico de Defensa desarrolló un sistema que colocaba los objetivos al final de largos túneles detrás de puertas de cierre rápido. Las puertas estaban sincronizadas para cerrarse en el breve período entre la llegada de los rayos X y la explosión posterior. Esto salvó al vehículo de reentrada (RV) de sufrir daños por la explosión y permitió que fuera inspeccionado. [57]
Las pruebas del ICF utilizaron el mismo sistema, reemplazando los RV por hohlraums. Cada prueba iluminó simultáneamente muchos objetivos, cada uno a una distancia diferente de la bomba para probar el efecto de variar la iluminación. Otra cuestión era qué tan grande tenía que ser el conjunto de combustible para que el combustible se calentara por sí mismo a partir de las reacciones de fusión y así alcanzara la ignición. Los datos iniciales estuvieron disponibles a mediados de 1984, y las pruebas cesaron en 1988. La ignición se logró por primera vez durante estas pruebas. La cantidad de energía y el tamaño de los objetivos de combustible necesarios para alcanzar la ignición fueron mucho mayores de lo previsto. [58] Durante este mismo período, comenzaron los experimentos en Nova utilizando objetivos similares para comprender su comportamiento bajo la iluminación láser, lo que permitió una comparación directa con las pruebas de la bomba. [59]
Estos datos sugirieron que se necesitarían alrededor de 10 MJ de energía de rayos X para alcanzar la ignición, mucho más allá de lo que se había calculado anteriormente. [58] [60] [61] [62] Si esos rayos X se crean al dirigir un láser IR a un hohlraum, como en Nova o NIF, entonces se requeriría mucha más energía láser, del orden de 100 MJ. [58]
Esto desencadenó un debate en la comunidad ICF. [58] Un grupo sugirió un intento de construir un láser de esta potencia; Leonardo Mascheroni y Claude Phipps diseñaron un nuevo tipo de láser de fluoruro de hidrógeno bombeado por electrones de alta energía y que alcanza el umbral de 100 MJ. Otros utilizaron los mismos datos y nuevas versiones de sus simulaciones por computadora para sugerir que una forma cuidadosa del pulso láser y más haces distribuidos de manera más uniforme podrían lograr la ignición con un láser con una potencia de entre 5 y 10 MJ. [63] [64]
Estos resultados llevaron al DOE a solicitar una instalación militar personalizada de ICF llamada "Instalación de Microfusión de Laboratorio" (LMF). LMF utilizaría un controlador del orden de 10 MJ, que ofrecería rendimientos de fusión de entre 100 y 1.000 MJ. Una revisión de este concepto realizada en 1989-1990 por la Academia Nacional de Ciencias sugirió que LMF era demasiado ambicioso y que era necesario explorar más la física fundamental. Recomendaron realizar más experimentos antes de intentar pasar a un sistema de 10 MJ. Sin embargo, los autores señalaron: "De hecho, si resultara que se necesitara un controlador de 100 MJ para la ignición y la ganancia, habría que repensar todo el enfoque y la lógica del ICF". [65]
En 1992, se estimó que la instalación de microfusión de laboratorio costaría alrededor de mil millones de dólares. [66] LLNL presentó inicialmente un diseño con un controlador de 5 MJ 350 nm (UV) que podría alcanzar un rendimiento de aproximadamente 200 MJ, lo que era suficiente para alcanzar la mayoría de los objetivos de LMF. Se estimó que ese programa costaría alrededor de 600 millones de dólares en el año fiscal 1989. Se pagarían 250 millones de dólares adicionales para actualizarlo a 1000 MJ. El total superaría los mil millones de dólares para cumplir con todos los objetivos solicitados por el DOE. [66]
La revisión de la NAS condujo a una reevaluación de estos planes y, en julio de 1990, LLNL respondió con la actualización de Nova, que reutilizaría la mayor parte de Nova, junto con la instalación adyacente de Shiva. El sistema resultante tendría una potencia mucho menor que el concepto LMF, con un controlador de aproximadamente 1 MJ. [67] El nuevo diseño incluía características que avanzaban en la sección del controlador, incluido el paso múltiple en los amplificadores principales y 18 líneas de luz (en lugar de 10) que se dividían en 288 "beamlets" cuando ingresaban al área objetivo. Los planes exigían la instalación de dos bancos principales de líneas de luz, uno en la sala de líneas de luz Nova existente y el otro en el antiguo edificio Shiva de al lado, que se extendían a través de su bahía láser y área objetivo hacia un área objetivo Nova mejorada. Los láseres entregarían alrededor de 500 TW en un pulso de 4 ns. Se esperaba que las actualizaciones produjeran rendimientos de fusión de entre 2 y 10 MJ. Las estimaciones iniciales de 1992 estimaban que los costos de construcción rondarían los 400 millones de dólares y que las obras se prolongarían entre 1995 y 1999. [66]
Durante este período, el fin de la Guerra Fría condujo a cambios dramáticos en la financiación y las prioridades de defensa. El apoyo político a las armas nucleares disminuyó y los acuerdos armamentísticos llevaron a una reducción en el número de ojivas y menos trabajo de diseño. Estados Unidos se enfrentó a la perspectiva de perder una generación de diseñadores de armas nucleares capaces de mantener los arsenales existentes o diseñar nuevas armas. [68] Al mismo tiempo, en 1996 se firmó el Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (CNTB), que prohibiría todas las pruebas de criticidad y dificultaría el desarrollo de nuevas generaciones de armas nucleares.
De estos cambios surgió el Programa de Administración y Gestión de Armas Nucleares (SSMP, por sus siglas en inglés), que, entre otras cosas, incluía fondos para el desarrollo de métodos para diseñar y construir armas nucleares sin tener que probarlas con explosivos. En una serie de reuniones que comenzaron en 1995, se llegó a un acuerdo entre los laboratorios para dividir los esfuerzos del SSMP. Una parte importante de esto sería la confirmación de los modelos informáticos utilizando experimentos de ICF de bajo rendimiento. La actualización de Nova era demasiado pequeña para utilizarla en estos experimentos. [69] [a] Un rediseño maduró hasta convertirse en NIF en 1994. El costo estimado del proyecto se mantuvo en casi mil millones de dólares, y se completó en 2002. [70]
A pesar del acuerdo, el alto costo del proyecto combinado con la finalización de proyectos similares en otros laboratorios resultó en comentarios críticos por parte de científicos de otros laboratorios, en particular de Sandia National Laboratories . En mayo de 1997, el científico de fusión de Sandia Rick Spielman declaró públicamente que el NIF "prácticamente no tenía una revisión interna por pares sobre los problemas técnicos" y que "Livermore esencialmente eligió al panel para que se revisara a sí mismo". [71] Un gerente retirado de Sandia, Bob Puerifoy, fue incluso más directo que Spielman: "NIF no sirve para nada... no se puede usar para mantener el arsenal, punto". [72] Ray Kidder , uno de los desarrolladores originales del concepto ICF en LLNL, también fue muy crítico. Afirmó en 1997 que su propósito principal era "reclutar y mantener un personal de teóricos y experimentalistas" y que si bien algunos de los datos experimentales resultarían útiles para el diseño de armas, las diferencias en la configuración experimental limitan su relevancia. "Algunos aspectos de la física son los mismos, pero los detalles, 'dónde está el diablo', son muy diferentes. Por lo tanto, también sería un error suponer que el NIF podrá mantener a largo plazo un equipo de diseñadores e ingenieros de armas con una competencia detallada en diseño comparable a la de quienes trabajan actualmente en los laboratorios de diseño de armas". [73]
En 1997, Victor Reis, subsecretario de Programas de Defensa del DOE y arquitecto jefe del SSMP, defendió el programa diciendo al Comité de Servicios Armados de la Cámara de Representantes de Estados Unidos que el NIF estaba "diseñado para producir, por primera vez en un entorno de laboratorio, condiciones de temperatura y densidad de materia cercanas a las que se dan en la detonación de armas nucleares. La capacidad de estudiar el comportamiento de la materia y la transferencia de energía y radiación en estas condiciones es clave para comprender la física básica de las armas nucleares y predecir su rendimiento sin pruebas nucleares subterráneas". [74] En 1998, dos paneles JASON, compuestos por expertos científicos y técnicos, declararon que el NIF es el más valioso científicamente de todos los programas propuestos para la gestión de arsenales basada en la ciencia. [75]
A pesar de las críticas iniciales, Sandia, así como Los Alamos, apoyaron el desarrollo de muchas tecnologías del NIF, [76] y ambos laboratorios más tarde [ ¿cuándo? ] se convirtieron en socios del NIF en la Campaña Nacional de Ignición. [77]
El trabajo en el NIF comenzó con un demostrador de una sola línea de luz, Beamlet. Beamlet funcionó con éxito entre 1994 y 1997. Luego se envió a Sandia National Laboratories como fuente de luz en su máquina Z. Luego siguió un demostrador de tamaño completo, en AMPLAB, que comenzó a funcionar en 1997. [78] La inauguración oficial del sitio principal del NIF fue el 29 de mayo de 1997. [79]
En ese momento, el DOE estimaba que el NIF costaría aproximadamente 1.100 millones de dólares y otros 1.000 millones de dólares para investigación relacionada, y que estaría completo en 2002. [80] Más tarde, en 1997, el DOE aprobó una financiación adicional de 100 millones de dólares y retrasó la fecha operativa hasta 2004. Todavía en 1998, los documentos públicos del LLNL indicaban que el precio total era de 1.200 millones de dólares, y que los primeros ocho láseres entrarían en funcionamiento en 2001 y estarían completamente terminados en 2003. [81]
La escala física de la instalación por sí sola hizo que el proyecto de construcción fuera un desafío. Cuando la "instalación convencional" (la estructura para el láser) estuvo terminada en 2001, se habían excavado más de 210.000 yardas cúbicas de tierra, se habían vertido más de 73.000 yardas cúbicas de hormigón, se habían colocado 7.600 toneladas de barras de refuerzo de acero y se habían erigido más de 5.000 toneladas de acero estructural. Para aislar el sistema láser de las vibraciones, la base de cada puesto de láser se hizo independiente del resto de la estructura. Las losas de tres pies de espesor, 420 pies de largo y 80 pies de ancho requerían vertidos de hormigón continuos para cumplir con sus especificaciones. [82]
En noviembre de 1997, una tormenta de El Niño arrojó dos pulgadas de lluvia en dos horas, inundando el sitio del NIF con 200,000 galones de agua sólo tres días antes de la fecha programada para verter los cimientos. La tierra estaba tan empapada que la estructura del muro de contención se hundió seis pulgadas, obligando al equipo a desmontarlo y volver a montarlo. [82] La construcción se detuvo en diciembre de 1997, cuando se descubrieron huesos de mamut de 16.000 años de antigüedad . Se llamó a los paleontólogos para que extrajeran y preservaran los huesos, lo que retrasó la construcción cuatro días. [83]
Surgieron diversos desafíos en materia de investigación y desarrollo, tecnología e ingeniería, como la creación de una capacidad de fabricación de ópticas para suministrar el vidrio láser para la óptica de 7500 metros de NIF. Se desarrollaron técnicas de medición, revestimiento y acabado de ópticas de última generación para soportar los láseres de alta energía de NIF, así como métodos para amplificar los rayos láser a los niveles de energía necesarios. [84] El vidrio de vertido continuo, los cristales de crecimiento rápido, los innovadores interruptores ópticos y los espejos deformables se encontraban entre las innovaciones tecnológicas desarrolladas por NIF. [85]
Sandia, con una amplia experiencia en el suministro de energía pulsada, diseñó los bancos de condensadores utilizados para alimentar las lámparas de destellos, completando la primera unidad en octubre de 1998. Para sorpresa de todos, los módulos de acondicionamiento de energía pulsada (PCM) sufrieron fallas en los condensadores que provocaron explosiones. Esto requirió un rediseño del módulo para contener los escombros, pero como el hormigón ya se había vertido, los nuevos módulos quedaron tan apretados que el mantenimiento in situ fue imposible. Se realizó otro rediseño, esta vez permitiendo que los módulos se retiraran de los compartimentos para realizar el mantenimiento. [56] Los problemas continuos retrasaron aún más las operaciones y, en septiembre de 1999, un informe actualizado del DOE afirmó que el NIF necesitaba hasta 350 millones de dólares más y que la finalización no se produciría hasta 2006. [80]
Durante todo este período, los problemas con el NIF no fueron denunciados por la dirección. En 1999, el entonces Secretario de Energía Bill Richardson informó al Congreso que el NIF estaba cumpliendo los plazos y el presupuesto, tal como habían informado los líderes del proyecto. En agosto de ese año se reveló que ninguna de las dos afirmaciones se acercaba a la verdad. [86] Como señalaría más tarde la Oficina de Responsabilidad Gubernamental (GAO), "Además, el ex director de láser del Laboratorio, que supervisaba el NIF y todas las demás actividades láser, aseguró a los directores del Laboratorio, al DOE, a la universidad y al Congreso que el proyecto del NIF contaba con los fondos y el personal adecuados y que se estaba llevando a cabo dentro de los costos y el cronograma, incluso cuando se le informó de pruebas claras y crecientes de que el NIF tenía problemas graves". [80] Un grupo de trabajo del DOE informó a Richardson en enero de 2000 que "las organizaciones del proyecto NIF no implementaron procedimientos y procesos de gestión de programas y proyectos acordes con un importante proyecto de investigación y desarrollo... [y que] ... nadie obtiene una calificación aprobatoria en Gestión del NIF: ni la oficina de Programas de Defensa del DOE, ni el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y ni la Universidad de California". [87]
En vista de los problemas presupuestarios, el Congreso de los Estados Unidos solicitó una revisión independiente de la GAO. En agosto de 2000, la GAO emitió un informe crítico en el que se estimaba que el coste probablemente sería de 3.900 millones de dólares, incluidos los gastos de I+D, y que era poco probable que la instalación se terminara en el plazo previsto. [80] [88] El informe señalaba problemas de gestión debido a los sobrecostes y criticaba al programa por no presupuestar dinero para la fabricación de los objetivos, incluyéndolo en los costes operativos en lugar de en los de desarrollo. [86]
En 2000, el DOE inició una "revisión exhaustiva de la línea de base" debido a los retrasos técnicos y los problemas de gestión del proyecto, y ajustó el cronograma y el presupuesto en consecuencia. John Gordon , Administrador Nacional de Seguridad Nuclear, declaró: "Hemos preparado un costo y un cronograma detallados de abajo a arriba para completar el proyecto NIF... La revisión independiente respalda nuestra posición de que el equipo de gestión del NIF ha logrado un progreso significativo y ha resuelto problemas anteriores". [89] El informe revisó su estimación presupuestaria a $ 2.25 mil millones, sin incluir la I + D relacionada, que lo elevó a $ 3.3 mil millones en total, y retrasó la fecha de finalización a 2006, con las primeras líneas entrando en funcionamiento en 2004. [90] [91] Un informe de seguimiento del año siguiente aumentó el presupuesto a $ 4.2 mil millones y la fecha de finalización a 2008.
El proyecto obtuvo un nuevo equipo de gestión [92] [93] en septiembre de 1999, encabezado por George Miller , quien fue nombrado director asociado interino para láseres. Ed Moses , ex director del programa de separación de isótopos por láser de vapor atómico (AVLIS) en LLNL, se convirtió en gerente de proyecto de NIF. A partir de entonces, la gestión de NIF recibió muchas críticas positivas y el proyecto cumplió con los presupuestos y cronogramas aprobados por el Congreso. En octubre de 2010, el proyecto fue nombrado "Proyecto del año" por el Project Management Institute , que citó a NIF como un "ejemplo estelar de cómo la excelencia en la gestión de proyectos aplicada correctamente puede unir a equipos globales para entregar un proyecto de esta escala e importancia de manera eficiente". [94]
En mayo de 2003, el NIF logró la "primera luz" en un haz de cuatro haces, produciendo un pulso IR de 10,4 kJ en una sola línea de haz. [43] En 2005, los primeros ocho haces produjeron 153 kJ de IR, eclipsando a OMEGA como el láser de mayor energía del planeta (por pulso). Para enero de 2007, todas las LRU en la Sala del Oscilador Maestro (MOOR) estaban completas y la sala de computadoras había sido instalada. Para agosto de 2007, 96 líneas láser fueron completadas y puestas en servicio, y "una energía infrarroja total de más de 2,5 megajulios ya ha sido disparada. Esto es más de 40 veces lo que el láser Nova operaba típicamente en el momento en que era el láser más grande del mundo". [95]
En 2005, una revisión independiente del JASON Defense Advisory Group que fue generalmente positiva, concluyó que "los desafíos científicos y técnicos en una actividad tan compleja sugieren que el éxito en los primeros intentos de ignición en 2010, si bien es posible, es poco probable". [96] El 26 de enero de 2009, se instaló la unidad reemplazable en línea final (LRU), [97] completando extraoficialmente la construcción. [98] El 26 de febrero de 2009, NIF disparó los 192 rayos láser a la cámara objetivo. [99] El 10 de marzo de 2009, NIF se convirtió en el primer láser en romper la barrera de los megajulios, entregando 1,1 MJ de luz ultravioleta, conocida como 3ω (de la generación del tercer armónico ), al centro de la cámara objetivo en un pulso de ignición moldeado. [100] El láser principal entregó 1,952 MJ de IR. [101]
El 29 de mayo de 2009 se inauguró el NIF en una ceremonia a la que asistieron miles de personas. [102] Los primeros disparos láser contra un objetivo del hohlraum se realizaron a finales de junio. [7]
El 28 de enero de 2010, NIF informó sobre la entrega de un pulso de 669 kJ a un hohlraum de oro , rompiendo récords de entrega de potencia láser, y el análisis sugirió que la interferencia sospechada por el plasma generado no sería un problema para encender una reacción de fusión. [103] [104] Debido al tamaño de los hohlraums de prueba, las interacciones láser/plasma produjeron rejillas de plasma-óptica, que actuaban como pequeños prismas, que producían un impulso simétrico de rayos X en la cápsula dentro del hohlraum. [104]
Después de alterar gradualmente la longitud de onda del láser, los científicos comprimieron uniformemente una cápsula esférica y la calentaron a 3,3 millones de kelvins (285 eV). [105] La cápsula contenía gas enfriado criogénicamente, que actuaba como sustituto de las cápsulas de combustible de deuterio y tritio que se utilizarían más adelante. [104] El líder del grupo de física del plasma, Siegfried Glenzer, dijo que podían mantener las capas de combustible precisas necesarias en el laboratorio, pero aún no dentro del sistema láser. [105]
En enero de 2010, el NIF alcanzó los 1,8 megajulios. La cámara del objetivo necesitaba entonces ser equipada con escudos para bloquear los neutrones . [103]
Una vez finalizada la construcción principal, el NIF inició su Campaña Nacional de Ignición (NIC, por sus siglas en inglés) para lograr la ignición. En ese momento, aparecieron artículos en revistas científicas que afirmaban que la ignición era inminente. Scientific American abrió un artículo de revisión de 2010 con la declaración "La ignición está cerca ahora. Dentro de un año o dos..." [106]
La primera prueba se llevó a cabo el 8 de octubre de 2010, a poco más de 1 MJ. Sin embargo, los problemas retrasaron el avance hacia energías láser de nivel de ignición en el rango de 1,4 a 1,5 MJ. [ cita requerida ]
Un problema era el potencial daño por sobrecalentamiento debido a una mayor concentración de energía en los componentes ópticos. [107] Otros problemas incluían problemas con la colocación de capas de combustible dentro del objetivo y pequeñas cantidades de polvo en la superficie de la cápsula. [108]
El nivel de potencia siguió aumentando y los objetivos se volvieron más sofisticados. Luego aparecieron cantidades minúsculas de vapor de agua en la cámara del objetivo y se congelaron en las ventanas de los extremos del hohlraum, lo que provocó una implosión asimétrica. Esto se solucionó añadiendo una segunda capa de vidrio en cada extremo, creando en efecto una ventana contra tormentas . [108]
Los disparos se detuvieron de febrero a abril de 2011 para realizar experimentos con materiales SSMP. Luego, se actualizó el NIF, mejorando los instrumentos de diagnóstico y medición. Se agregó el sistema Advanced Radiographic Capability (ARC), que utiliza 4 de los 192 haces del NIF como luz de fondo para obtener imágenes de la secuencia de implosión. El ARC es esencialmente un láser de clase petavatio con una potencia máxima que supera los cuatrillones (10 15 ) de vatios. Está diseñado para producir rayos X más brillantes, más penetrantes y de mayor energía. El ARC se convirtió en el láser de pulso corto de mayor energía del mundo, capaz de crear pulsos láser de duración de picosegundos para producir rayos X energéticos en el rango de 50 a 100 keV. [109]
Las pruebas NIC se reanudaron en mayo de 2011 con el objetivo de cronometrar con mayor precisión las cuatro ondas de choque láser que comprimen el objetivo de fusión. [ cita requerida ]
En enero de 2012, Mike Dunne, director del programa de energía de fusión láser del NIF, predijo que la ignición se lograría en el NIF en octubre. [110] En el mismo mes, el NIF disparó un récord de 57 tiros. [111] El 15 de marzo, el NIF produjo un pulso láser con 411 TW de potencia máxima. [112] El 5 de julio, produjo un pulso más corto de 1,85 MJ y una mayor potencia de 500 TW. [113]
El NIC fue revisado periódicamente. La sexta revisión se publicó el 19 de julio de 2012. [114] El informe elogió la calidad de la instalación: láseres, óptica, objetivos, diagnósticos y operaciones. Sin embargo:
Además, el informe expresó profundas preocupaciones por las brechas entre el desempeño observado y los códigos de simulación, lo que implicaba que los códigos actuales eran de utilidad limitada. En concreto, encontraron una falta de capacidad predictiva de la conducción de radiación a la cápsula y unas interacciones láser-plasma inadecuadamente modeladas. La presión estaba alcanzando sólo la mitad o un tercio de la necesaria para la ignición, muy por debajo de los valores previstos. El memorando analizaba la mezcla de material del ablador y combustible de la cápsula, probablemente debido a inestabilidades hidrodinámicas en la superficie exterior del ablador. [114]
El informe sugirió utilizar un ablador más grueso, aunque esto aumentaría su inercia. Para mantener la velocidad de implosión requerida, propusieron que la energía NIF se aumentara a 2 MJ. Se cuestionó si la energía era suficiente para comprimir una cápsula lo suficientemente grande para evitar el límite de mezcla y alcanzar la ignición. [115] El informe concluyó que la ignición dentro del año calendario 2012 era "altamente improbable". [114]
El NIC finalizó oficialmente el 30 de septiembre de 2012. Los informes de los medios sugirieron que el NIF cambiaría su enfoque hacia la investigación de materiales. [116] [117]
En 2008, el LLNL inició el programa de energía de fusión inercial por láser (LIFE, por sus siglas en inglés) para explorar formas de utilizar las tecnologías de fusión inercial por láser como base para el diseño de una planta de energía comercial. El enfoque se centró en dispositivos de fusión pura, incorporando tecnologías que se desarrollaron en paralelo con la fusión inercial por láser y que mejorarían enormemente el rendimiento del diseño. [118] En abril de 2014, LIFE finalizó. [118]
El 27 de septiembre de 2013, un disparo de fusión NIF produjo más energía de la que fue absorbida por el combustible de deuterio-tritio . [119] Esto se ha confundido con haber alcanzado el " punto de equilibrio científico ", [120] [121] definido como la energía de fusión que excede la energía de entrada del láser. [122] El uso de esta definición da 14,4 kJ de salida y 1,8 MJ de entrada, una relación de 0,008. [119]
En 2013, el NIF cambió su enfoque hacia la investigación de materiales y armas. Los experimentos que comenzaron en el año fiscal 2015 utilizaron blancos de plutonio. [123] Los disparos de plutonio simulan la compresión del componente primario de una bomba nuclear mediante explosivos de alta potencia , que no se habían probado directamente desde que entró en vigor el CNTB. El uso de plutonio varió de menos de un miligramo a 10 miligramos. [124]
En el año fiscal 2014, el NIF realizó 191 disparos, un poco más de uno cada dos días. En abril de 2015, el NIF estaba en camino de cumplir su objetivo de 300 disparos láser en el año fiscal 2015. [125]
El 28 de enero de 2016, el NIF ejecutó con éxito su primer experimento de tubería de gas destinado a estudiar la absorción de grandes cantidades de luz láser en objetivos de 1 centímetro (0,39 pulgadas) de largo relevantes para la fusión inercial de líneas magnetizadas de alta ganancia (MagLIF). Con el fin de investigar aspectos clave de la propagación, estabilidad y eficiencia del acoplamiento de energía láser a escala completa para diseños de objetivos MagLIF de alta ganancia, se utilizó un solo quad de NIF para entregar 30 kJ de energía a un objetivo durante un pulso moldeado de 13 nanosegundos. El retorno de datos fue favorable. [126]
En 2018, se demostraron mejoras en el control de la asimetría de la compresión en un disparo con una salida de 1,9×10 16 neutrones, lo que resultó en 0,054 MJ de energía de fusión liberada por un pulso láser de 1,5 MJ. [127]
Los experimentos de 2020 y 2021 produjeron los primeros plasmas ardientes del mundo , en los que la mayor parte del calentamiento del plasma provino de reacciones de fusión nuclear. [11] Este resultado fue seguido el 8 de agosto de 2021 por el primer plasma encendido del mundo , en el que el calentamiento de la fusión fue suficiente para sostener la reacción termonuclear. [128] [129] [130] Produjo un exceso de neutrones consistente con una reacción en cadena de corta duración de alrededor de 100 billonésimas de segundo. [131] [132]
Se estimó que el rendimiento energético de fusión del experimento de 2021 fue del 70% de la energía láser incidente en el plasma. Este resultado superó ligeramente el récord anterior del 67% establecido por el toro JET en 1997. [133] [ verificación fallida ] Teniendo en cuenta la eficiencia energética del propio láser, el experimento utilizó alrededor de 477 MJ de energía eléctrica para obtener 1,8 MJ de energía en el objetivo para crear 1,3 MJ de energía de fusión. [11]
Varios cambios de diseño permitieron este resultado. El material de la cubierta de la cápsula se cambió a diamante para aumentar la absorción de rayos X secundarios creados por la ráfaga láser, aumentando así la eficacia del colapso, y su superficie se suavizó aún más. Se redujo el tamaño del orificio en la cápsula utilizado para inyectar combustible. Los orificios en el cilindro de oro que rodea la cápsula se redujeron para reducir la pérdida de energía. El pulso láser se alargó. [134]
El NIF se convirtió en el primer experimento de fusión en alcanzar el punto de equilibrio científico el 5 de diciembre de 2022, con un experimento que produjo 3,15 megajulios de energía a partir de una entrada de luz láser de 2,05 megajulios para una ganancia de energía de aproximadamente 1,5. [12] [135] [136] [137] [138] La carga del láser consumió "muy por encima de los 400 megajulios". [139] En un anuncio público el 13 de diciembre, la Secretaria de Energía Jennifer Granholm anunció que la instalación había logrado la ignición. [140] Si bien esto a menudo se caracterizó como una "ganancia de energía neta" de la fusión, esto solo fue cierto con respecto a la energía suministrada por el láser; los informes a veces omitían la entrada de energía de ~300 MJ requerida. [13] [14] [15]
La hazaña requirió el uso de una cápsula ligeramente más gruesa y lisa que rodeara el combustible y un láser de 2,05 MJ (frente a los 1,9 MJ de 2021), lo que produjo 3,15 MJ, un excedente del 54%. [141] También redistribuyeron la energía entre los rayos láser divididos, lo que produjo una implosión más simétrica (esférica). [1]
El NIF alcanzó el punto de equilibrio por segunda vez el 30 de julio de 2023, con un rendimiento de 3,88 MJ, un superávit del 89 %. [142] [143] Al menos cuatro de los seis disparos realizados después del primero exitoso en diciembre de 2022 alcanzaron el punto de equilibrio. [144] Estos éxitos llevaron al DOE a financiar tres centros de investigación adicionales. [143] Lawrence Livermore planeó aumentar la energía del láser a 2,2 MJ por disparo a través de ópticas y láseres mejorados alrededor de 2023 , [145] [146] alcanzándolo en el experimento realizado el 30 de octubre de 2023. [143]
Algunos proyectos experimentales similares del ICF son:
El NIF se utilizó como escenario para el núcleo warp de la nave espacial Enterprise en la película Star Trek Into Darkness de 2013. [151]
El disparo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore el 5 de diciembre es la primera reacción de fusión controlada que produce una ganancia de energía.
La [A]simetría degrada las condiciones de punto caliente en la convergencia máxima y limita el rendimiento y el rendimiento de la implosión.
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37°41′27″N 121°42′02″O / 37.69083°N 121.70056°W / 37.69083; -121.70056