Un láser de bombeo nuclear es un láser bombeado con la energía de fragmentos de fisión . El medio láser está encerrado en un tubo revestido con uranio-235 y sometido a un alto flujo de neutrones en el núcleo de un reactor nuclear . Los fragmentos de fisión del uranio crean un plasma excitado con una población inversa de niveles de energía, que luego se convierte en láser. Otros métodos, por ejemplo el láser He-Ar, pueden utilizar la reacción He(n,p)H, la transmutación de helio-3 en un flujo de neutrones, como fuente de energía, o emplear la energía de las partículas alfa .
Esta tecnología puede lograr altas tasas de excitación con pequeños volúmenes de láser.
Algunos ejemplos de medios láser:
La investigación sobre láseres de bombeo nuclear comenzó a principios de la década de 1970, cuando los investigadores no pudieron producir un láser con una longitud de onda inferior a 110 nm con el objetivo final de crear un láser de rayos X. Cuando las longitudes de onda del láser se vuelven tan cortas, el láser requiere una enorme cantidad de energía que también debe administrarse en un período de tiempo extremadamente corto. En 1975, George Chapline y Lowell Wood del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore estimaron que "bombear un láser de 10 keV (0,12 nm) requeriría alrededor de un vatio por átomo" en un pulso que era "10 −15 segundos x el cuadrado de la longitud de onda en angstroms". Como este problema era irresoluble con los materiales disponibles y un oscilador láser no funcionaba, la investigación se centró en crear bombas que utilizaran plasma excitado. Los primeros intentos utilizaron láseres de alta potencia para excitar el plasma y crear un láser aún más potente. Los resultados obtenidos con este método no fueron satisfactorios y no alcanzaron el objetivo. Los científicos de Livermore sugirieron por primera vez el uso de una reacción nuclear como fuente de energía en 1975. En 1980, Livermore consideró tanto las bombas nucleares como los reactores nucleares como fuentes de energía viables para un láser de rayos X. El 14 de noviembre de 1980, se realizó la primera prueba exitosa del láser de rayos X alimentado por bomba. Inicialmente, se apoyó el uso de una bomba en lugar del láser alimentado por reactor porque emitía un haz más intenso. La investigación de Livermore se dedicó casi por completo a la defensa contra misiles utilizando láseres de rayos X. La idea era montar un sistema de bombas nucleares en el espacio donde cada una de estas bombas alimentaría aproximadamente 50 láseres. Al detonar, estos láseres dispararían y teóricamente destruirían varias docenas de misiles nucleares entrantes a la vez. Los oponentes [¿ quiénes? ] de este plan encontraron muchos fallos en tal enfoque y cuestionaron aspectos como la potencia, el alcance, la precisión, la política y el costo de tales despliegues. En 1985, una prueba llamada "Goldstone" reveló que la potencia entregada era menor de lo que se creía. Los esfuerzos por enfocar el láser también fracasaron.
Los láseres de fusión (láseres accionados por reactor) comenzaron a probarse después de que los láseres accionados por bombas demostraran ser exitosos. Si bien eran prohibitivamente costosos (se estima que costaban 30.000 dólares por prueba), la investigación era más fácil porque se podían realizar pruebas varias veces al día y el equipo se podía reutilizar. En 1984, una prueba logró longitudes de onda de menos de 21 nm, lo más cercano a un láser de rayos X oficial hasta ahora. (Existen muchas definiciones para un láser de rayos X, algunas de las cuales requieren una longitud de onda de menos de 10 nm). El método de Livermore consistía en eliminar los electrones externos de los átomos pesados para crear una sustancia "similar al neón". Cuando se presentó en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física , el éxito de la prueba fue compartido por un experimento de la Universidad de Princeton que era mejor en tamaño, costo, longitud de onda medida y amplificación que la prueba de Livermore. La investigación ha continuado en el campo de los láseres de bombeo nuclear y sigue estando a la vanguardia de la materia. [1] [2]
Se han propuesto al menos tres usos para los láseres impulsados por bombas.
La propulsión por láser es un método alternativo de propulsión ideal para lanzar objetos a la órbita, ya que requiere menos combustible, lo que significa que se debe lanzar menos masa. Un láser de bombeo nuclear es ideal para esta operación. Un lanzamiento con propulsión por láser requiere alta intensidad, pulsos cortos, buena calidad y una alta potencia de salida. En teoría, un láser de bombeo nuclear sería capaz de cumplir con estos requisitos. [3]
Las características del láser de bombeo nuclear lo hacen ideal para aplicaciones en soldadura de corte profundo, corte de materiales gruesos, tratamiento térmico de metales, deposición de vapor de cerámica y producción de partículas de tamaño submicrónico. [4]
El programa, denominado Proyecto Excalibur , formaba parte de la Iniciativa de Defensa Estratégica del presidente Reagan . Los Laboratorios Livermore concibieron la idea inicial y Edward Teller la desarrolló y presentó al presidente. Se concedió permiso para llevar adelante el proyecto, aunque se ha informado de que Reagan se mostraba reacio a incorporar dispositivos nucleares en el plan de la nación contra los dispositivos nucleares. Aunque las pruebas iniciales fueron prometedoras, los resultados nunca alcanzaron niveles aceptables. Más tarde, los científicos principales fueron acusados de falsificar los informes. El Proyecto Excalibur se canceló varios años después. [5]