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 plasma excitado con población inversa de niveles de energía, que luego se dispara. Otros métodos, por ejemplo el láser He-Ar, pueden utilizar como fuente de energía la reacción He(n,p)H, la transmutación de helio-3 en un flujo de neutrones o 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 en 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 son tan cortas, el láser requiere una enorme cantidad de energía que también debe entregarse 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 de “10 −15 segundos ”. x el cuadrado de la longitud de onda en angstroms”. Como este problema no tenía solución con los materiales disponibles y un oscilador láser no funcionaba, la investigación pasó a crear bombas que utilizaban 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 fueron insatisfactorios 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 llevó a cabo la primera prueba exitosa del láser de rayos X impulsado por una bomba. Inicialmente se apoyó el uso de una bomba sobre el del láser impulsado por el reactor porque emitía un rayo más intenso. La investigación de Livermore se dedicó casi por completo a la defensa antimisiles 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. Tras la detonación, estos láseres dispararían y, en teoría, destruirían varias docenas de misiles nucleares entrantes a la vez. Oponentes [ ¿quién? ] de este plan encontró muchas fallas en tal enfoque y cuestionó aspectos como el poder, el alcance, la precisión, la política y el costo de tales implementaciones. En 1985, una prueba titulada '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 impulsados por reactores) comenzaron a probarse después de que los láseres impulsados por bombas tuvieran éxito. Aunque prohibitivamente cara (estimada en 30.000 dólares por prueba), la investigación fue más fácil porque las pruebas podían realizarse varias veces al día y el equipo podía reutilizarse. En 1984, una prueba alcanzó longitudes de onda de menos de 21 nm, las más cercanas a un láser de rayos X oficial hasta el momento. (Existen muchas definiciones para un láser de rayos X, algunas de las cuales requieren una longitud de onda inferior a 10 nm). El método Livermore consistía en eliminar los electrones externos de los átomos pesados para crear una sustancia "parecida 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 del campo. [1] [2]
Se han propuesto al menos tres usos para los láseres bombeados por bombas.
La propulsión láser es un método alternativo de propulsión ideal para poner objetos en órbita, ya que este método requiere menos combustible, lo que significa que se debe lanzar menos masa. Un láser de bombeo nuclear es ideal para esta operación. Un lanzamiento que utiliza propulsión 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 estos requisitos. [3]
Las características del láser de bombeo nuclear lo hacen ideal para aplicaciones de soldadura de corte profundo, corte de materiales gruesos, tratamiento térmico de metales, deposición de vapor de cerámicas y producción de partículas de tamaño submicrónico.[4]
Titulado Proyecto Excalibur , el programa era parte de la Iniciativa de Defensa Estratégica del presidente Reagan . Los Laboratorios Livermore concibieron la idea inicial y Edward Teller desarrolló y presentó la idea al presidente. Se concedió permiso para llevar a cabo el proyecto, aunque se informó que Reagan se mostró reacio a incorporar dispositivos nucleares en el plan nacional contra los dispositivos nucleares. Si bien las pruebas iniciales fueron prometedoras, los resultados nunca alcanzaron niveles aceptables. Más tarde, los principales científicos fueron acusados de falsificar los informes. El Proyecto Excalibur fue cancelado varios años después. [5]