Simulador de radiación pulsada Aurora

El simulador de radiación pulsada Aurora (también conocido como simulador de rayos X de destello Aurora) era un simulador de rayos gamma de destello de 14 teravatios, diseñado para simular los efectos de los pulsos de bremsstrahlung , o radiación gamma , de un arma nuclear en sistemas electrónicos militares. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Fue construido en 1971 por la Agencia de Apoyo Atómico de Defensa de EE. UU. (DASA), que posteriormente se convirtió en la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa , y el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) . ^{[ 3 ]}

El simulador Aurora medía más de 49 metros de largo y pesaba 1450 toneladas; en aquel entonces, era el primer simulador de radiación gamma de su tamaño en el mundo. También era una de las cuatro únicas máquinas de gran tamaño en Estados Unidos construidas específicamente para probar sistemas completos de armas nucleares, siendo las otras tres los simuladores Hermes I a III en la Base Sandia , Nuevo México. Ubicado en los Laboratorios Harry Diamond (que posteriormente se integraron al Laboratorio de Investigación del Ejército ) en Adelphi, Maryland, se utilizaba para probar sistemas electrónicos completos de armas, desde las ojivas de misiles balísticos intercontinentales (ICBM) hasta satélites. Tras más de 20 años de uso durante la Guerra Fría , el simulador Aurora fue oficialmente desmantelado y desmantelado en 1996. ^{[ 3 ]} 

En 1986, la instalación Aurora estableció el récord mundial de la mayor cantidad de potencia de microondas de alta potencia generada por un oscilador de cátodo virtual. Como resultado, HDL fue reconocida por la Asociación Estadounidense de Preparación para la Defensa (ADPA) en 1987. ^{[ 4 ]}

Tras el uso de la bomba atómica en la Segunda Guerra Mundial y su posterior desarrollo, quedó claro que gran parte del daño que produce proviene de potentes pulsos cortos (de submicrosegundos) de diversos tipos de radiación. El funcionamiento exacto depende, entre otros factores, del lugar donde explota la bomba: si se encuentra dentro de algún material, bajo tierra o incluso en el aire, un efecto primario es una onda expansiva generada por la expansión del material de la bomba (que, a su vez, permanece más o menos en su lugar). Sin embargo, los rayos X con energías entre 1 y 10 MeV, que son los menos absorbidos por los materiales, pueden irradiar mucho más allá de la región inmediata de la explosión, incluso mientras son absorbidos gradualmente por el material que atraviesan. En el aire, viajan aproximadamente 1000 veces más lejos que en el agua. Dado que todos los rayos X viajan a la velocidad de la luz, la forma de su pulso refleja la propia explosión: mucho más corta que un microsegundo. La radiación de sub-MeV de una explosión nuclear puede ser más importante en el espacio (vacío). Ante esta constatación, durante la década de 1960 ^{[ 3 ]} el ejército estadounidense comenzó a investigar si los sistemas militares podían someterse a pruebas para evaluar su respuesta a los rayos X pulsados ​​generados por armas nucleares mediante máquinas de rayos X de destello. En aquel entonces, estas máquinas eran bastante pequeñas y se utilizaban principalmente para radiografiar eventos de alta velocidad, como explosivos y proyectiles.

Después de que la Unión Soviética demostrara el uso de los primeros misiles antibalísticos (ABM) del mundo en 1964, en respuesta, DASA lanzó una serie de proyectos que buscaban acelerar el desarrollo de laboratorios de efectos nucleares en los Estados Unidos. Al ejército estadounidense le preocupaba que la introducción y posterior explosión nuclear de los ABM soviéticos en el espacio aéreo generara radiación que pudiera interferir con los sistemas electrónicos de los ICBM estadounidenses entrantes. Para reforzar completamente los misiles estadounidenses, en 1969 ^{[ 3 ]} DASA inició la construcción del Simulador Aurora como una instalación de prueba de radiación gamma que podía producir pulsos de nivel de amenaza total de fotones de 1 a 10 MeV ("la radiación gamma se refiere a los rayos X (o fotones) emitidos por los núcleos y que suelen tener una energía superior a 1 MeV").

Al seleccionar el emplazamiento para las instalaciones de Aurora, DASA deseaba que el simulador de radiación gamma se ubicara en un laboratorio militar ya existente. Tras una larga deliberación entre el Laboratorio de Armamento de la Fuerza Aérea (AFWL) en Nuevo México y los laboratorios del Ejército y la Armada en el área de Washington, D.C., DASA optó por estos últimos y otorgó al Laboratorio Harry Diamond (HDL) la responsabilidad de operar las instalaciones. Para albergar el Simulador Aurora, HDL se trasladó de su sede en el centro de Washington, D.C. a un terreno en White Oak, Maryland, que posteriormente se convertiría en el emplazamiento de ARL Adelphi. ^{[ 3 ]}

La cooperación entre DASA y HDL en el proyecto Aurora propició la participación de numerosos investigadores de HDL en el desarrollo del simulador, entre ellos Peter Haas, asistente del subdirector de Ciencia y Tecnología de DASA, y Paul Caldwell, antiguo participante del Proyecto Manhattan, quien posteriormente fue puesto a cargo del Simulador Aurora. A su vez, Caldwell contrató al físico Alexander Stewart, de Ion Physics (IP), y a Robert Lamb y Dennis Whittaker, de HDL. Los cuatro, junto con Caldwell, conformaron la mayor parte del equipo de investigación y desarrollo del proyecto Aurora. La construcción del Simulador Aurora se completó en enero de 1971, con un coste aproximado de 16 millones de dólares, y la primera prueba se realizó en el sistema de control de vuelo del misil Spartan ABM en abril de 1972. Durante todo su periodo de funcionamiento en HDL, que finalizó en 1995, el Simulador Aurora realizó 287 pruebas numeradas, lo que resultó en más de 9100 disparos de prueba. ^{[ 3 ]}

El simulador de radiación pulsada Aurora constaba de cuatro generadores Marx de 14 MV, cada uno de los cuales contenía cuatro unidades paralelas de 1,25 MJ conectadas entre sí para accionar cuatro líneas formadoras de pulsos (PFL) Blumlein paralelas con dieléctrico de aceite . Cada PFL estaba acoplada a un diodo de haz de electrones . ^{[ 1 ] [ 3 ]}

El simulador Aurora produjo cuatro pulsos cortos de radiación de bremsstrahlung de alta energía que se superpusieron para entregar un único pulso de 120 ns de ancho de 20 a 50 krads (Si) en un cubo de 1 m. También podía entregar 25 krads (Si) en todo un volumen cilíndrico de 1 m de diámetro y 1 m de longitud o 50 krads (Si) en toda una  esfera de 25 cm. Lo que hizo único al simulador Aurora fue su capacidad de proporcionar una dosis tan alta de manera uniforme en todo el volumen nominalmente de un metro cúbico, lo que a veces requería mediciones de dosis en hasta 200 ubicaciones dentro de un solo sistema electrónico. ^{[ 2 ]} Sin embargo, para obtener los niveles de radiación deseados, los cuatro pulsos de bremsstrahlung de 230 kA tenían que superponerse en 10 ns. ^{[ 1 ] [ 5 ]} Esta sincronización fue posible gracias a la simetrización de los cuatro Blumlein que se logró justo antes del cierre de la instalación. Durante las pruebas activas, el simulador Aurora podía realizar hasta 13 disparos de prueba en un solo día. En comparación, las pruebas de armas nucleares en el Sitio de Pruebas de Nevada se limitaban a un disparo de prueba cada tres meses. ^{[ 3 ]}

El funcionamiento del simulador Aurora presentaba dos limitaciones principales. Inicialmente, el largo tiempo de descarga de los Blumlein a veces permitía que se produjeran arcos no deseados a través del aceite, acortando o incluso impidiendo los pulsos de bremsstrahlung. A principios de la década de 1990, este problema se solucionó mediante mejoras en el accionamiento del interruptor de aceite V/N del Blumlein. En segundo lugar, la impedancia de 40 ohmios de los Blumlein hacía que su uso para alimentar cargas de baja impedancia fuera ineficiente. ^{[ 6 ]}