El Laboratorio de Energética Láser ( LLE ) es una instalación de investigación científica que forma parte del campus sur de la Universidad de Rochester , ubicado en Brighton, Nueva York . El laboratorio se estableció en 1970 con operaciones financiadas conjuntamente por el Departamento de Energía de los Estados Unidos , la Universidad de Rochester y el gobierno del estado de Nueva York . El Laboratorio Láser fue encargado de investigar la física de alta energía que implica la interacción de la radiación láser extremadamente intensa con la materia. Los experimentos científicos en la instalación enfatizan el confinamiento inercial , el accionamiento directo, la fusión inducida por láser , la física fundamental del plasma y la astrofísica utilizando la Instalación Láser OMEGA. En junio de 1995, OMEGA se convirtió en el láser ultravioleta de mayor energía del mundo. [1] El laboratorio comparte su edificio con el Centro de Optoelectrónica e Imágenes y el Centro de Fabricación Óptica. El Centro Robert L. Sproull de Investigación de Láser de Ultra Alta Intensidad se inauguró en 2005 y alberga el láser OMEGA EP, cuya construcción se completó en mayo de 2008.
Hasta 2022, se han otorgado más de 270 doctorados[actualizar] por investigaciones realizadas en el LLE. [2] [3] Durante los meses de verano, el laboratorio patrocina a estudiantes de secundaria de la zona en sus investigaciones, y la mayoría de sus proyectos están dirigidos por científicos de alto nivel del laboratorio. [4]
El LLE fue fundado en el campus de la Universidad de Rochester en 1970, por el Dr. Moshe Lubin. [5] [6] Trabajando con empresas externas como Kodak , el equipo construyó Delta, un sistema láser de cuatro haces en 1972. La construcción comenzó en el sitio actual de LLE en 1976. [5] La instalación abrió un sistema láser de seis haces en 1978 y siguió con un sistema de 24 haces dos años después. En 2018, Donna Strickland [7] y Gérard Mourou compartieron un premio Nobel por el trabajo que habían realizado en 1985 mientras estaban en LLE. [8] Inventaron un método para amplificar pulsos láser mediante "chirridos" por el que compartirían el Premio Nobel de Física de 2018. Este método dispersa un pulso corto de banda ancha de luz láser en un espectro temporalmente más largo de longitudes de onda. El sistema amplifica el láser en cada longitud de onda y luego reconstituye el haz en un color. La amplificación de pulsos Chirp fue fundamental para la construcción de la Instalación Nacional de Ignición y el sistema OMEGA EP. En 1995, el sistema láser OMEGA se amplió a 60 haces y en 2008 se inauguró el sistema OMEGA de Rendimiento Extendido (OMEGA EP).
The Guardian y Scientific American proporcionaron resúmenes simplificados del trabajo de Strickland y Mourou: "allanó el camino para los rayos láser más cortos e intensos jamás creados". "Los rayos ultracortos y ultraafilados se pueden utilizar para hacer cortes extremadamente precisos, por lo que su técnica ahora se utiliza en el mecanizado láser y permite a los médicos realizar millones de cirugías oculares correctivas con láser " . [9] [10]
El láser OMEGA es un dispositivo láser del LLE construido para realizar experimentos de fusión por confinamiento inercial de accionamiento directo . Es un láser de vidrio de neodimio de triple frecuencia ultravioleta de 60 haces, que es capaz de entregar 40 kilojulios a un máximo de 60 teravatios , lo que lo convierte en uno de los láseres más potentes y de mayor energía del mundo. La luz del láser se puede enfocar sobre un objetivo esférico de menos de 1 milímetro de diámetro [11] suspendido en una cámara de vacío esférica de 3,3 metros de diámetro. [12]
La construcción inicial y la puesta en servicio del láser se completaron en 1980 en virtud de un contrato de 21 millones de dólares entre la Universidad de Rochester y el Departamento de Energía de los EE. UU. En ese momento, era un sistema de 24 haces de 15 teravatios. [13] Se actualizó entre 1990 y 1995 por 61 millones de dólares hasta el sistema de 60 haces que existe hoy. [12] OMEGA mantuvo el récord de láser de mayor energía (por pulso) desde 1999 (después del desmantelamiento del láser Nova ) hasta 2005, cuando los primeros 8 haces de la Instalación Nacional de Ignición superaron la salida de OMEGA en aproximadamente 30 kJ en el ultravioleta.
OMEGA se utiliza para experimentos de fusión por confinamiento inercial de accionamiento directo, en los que los láseres comprimen un objetivo lleno de combustible de fusión, formando una región densa y caliente en el centro en la que se producen reacciones de fusión nuclear . OMEGA alguna vez tuvo el récord de mayor rendimiento de neutrones de cualquier dispositivo de fusión por confinamiento inercial. [ cita requerida ] Ha demostrado rendimientos de más de 5×10 13 reacciones por implosión, con presiones internas de más de 50 gigabares. [14]
El sistema láser OMEGA EP (rendimiento extendido) es un dispositivo láser operable de forma independiente y una extensión de OMEGA que se inauguró el 16 de mayo de 2008 con el propósito de estudiar técnicas avanzadas de ignición. [15] Alberga cuatro rayos láser tipo NIF , cada uno capaz de entregar hasta 1,6 kilojulios de energía, así como una nueva cámara objetivo. Dos de los rayos poseen rejillas de compresión de pulsos que permiten pulsos tan cortos como 1 picosegundo. [16] El láser está alojado dentro de una ampliación del edificio en 2005.
Aunque el OMEGA EP normalmente funciona por separado del OMEGA, sus dos haces de pulso corto también pueden combinarse y dirigirse a la cámara de destino del OMEGA, además de los 60 haces existentes del OMEGA. La alta potencia de estos haces combinada con su capacidad de cronometrarse de forma independiente permite experimentos integrados de ignición rápida , en los que el láser del OMEGA comprime un objetivo esférico lleno de combustible de fusión y luego el OMEGA EP dirige un haz de electrones hacia su centro, lo que inicia la combustión termonuclear . La combinación de los sistemas láser del OMEGA y del OMEGA EP convierte al LLE en la única instalación experimental de ignición rápida criogénica totalmente integrada del mundo. [17]
LLE está ubicado en la Universidad de Rochester y es operado por ella . [18] OMEGA y OMEGA EP son instalaciones para usuarios, abiertas para su uso por toda la comunidad científica . [19]
El principal patrocinador de LLE es la Oficina de Programas de Defensa del Departamento de Energía / Administración Nacional de Seguridad Nuclear (DOE/NNSA) , que apoya su gestión de reservas y sus programas avanzados de computación científica. [19] [18]
El Laboratorio tiene una misión quíntuple: [20]
