Fusión de iones pesados

La fusión se produce cuando los átomos se aproximan y la fuerza nuclear los atrae para formar un único núcleo más grande . Este proceso se contrarresta con la carga positiva de los núcleos, que se repelen entre sí debido a la fuerza electrostática . Para que se produzca la fusión, los núcleos deben tener suficiente energía para superar esta barrera de Coulomb . La barrera disminuye para los átomos con menor carga positiva, es decir, aquellos con menos protones . La fuerza nuclear aumenta con el número de nucleones adicionales, es decir, con el número total de protones y neutrones . Esto significa que una combinación de deuterio y tritio tiene la barrera de Coulomb más baja, de aproximadamente 100  keV (véanse los requisitos para la fusión ), ya que contienen un solo protón y uno o dos neutrones. ^{[ 1 ]}

Cuando el combustible se calienta a altas energías, los electrones se separan de los núcleos, dejando iones y electrones individuales mezclados en un plasma gaseoso . Las partículas en un gas se distribuyen en un amplio rango de energías conocido como distribución de Maxwell-Boltzmann . A cualquier temperatura dada, la mayoría de las partículas tienen energías más bajas, con una " cola larga " que contiene un número menor de partículas con energías mucho más altas. Por lo tanto, si bien el  umbral de 100 keV representa una temperatura de más de mil millones de grados, para producir eventos de fusión el combustible no tiene que calentarse a esta temperatura en su totalidad; algunas reacciones ocurrirán a temperaturas más bajas debido a la pequeña cantidad de partículas de alta energía en la mezcla. ^{[ 1 ]}

Las reacciones de fusión liberan grandes cantidades de energía, parte de la cual se deposita de nuevo en el combustible, calentándolo. Existe una temperatura crítica en la que la velocidad de las reacciones, y por lo tanto la energía depositada en el combustible, compensa las pérdidas al entorno por partículas que escapan y radiación. En este punto, la reacción se vuelve autosostenible, un punto conocido como ignición . Para el combustible DT, el auto calentamiento se produce principalmente a través de partículas alfa , y la temperatura correspondiente se sitúa entre 50 y 100  millones  de grados. La velocidad global de fusión depende de la combinación de temperatura, densidad y tiempo de confinamiento de energía, conocida como el triple producto de fusión . ^{[ 1 ]}

Se han desarrollado dos enfoques principales para el problema de la energía de fusión . El más estudiado es el confinamiento magnético . Dado que el plasma está cargado eléctricamente, seguirá las líneas de fuerza magnéticas y una disposición adecuada de campos puede mantener el combustible alejado de las paredes del contenedor. El combustible se calienta durante un período prolongado. A las densidades que se pueden alcanzar con imanes, el proceso de fusión es bastante lento, por lo que este enfoque requiere largos tiempos de confinamiento del orden de decenas de segundos. Confinar un gas a millones de grados durante este tipo de escala temporal ha resultado difícil, aunque las máquinas experimentales modernas se están acercando a las condiciones necesarias para la producción neta de energía, o el punto de equilibrio . ^{[ 1 ]}

El segundo enfoque principal es el confinamiento inercial . Las partículas alfa de las reacciones de fusión recorren una distancia que depende de la densidad del combustible. En las bajas densidades de un reactor magnético, a menudo descritas como "un buen vacío", esta distancia puede ser del orden de varios metros, ^{[ a ]} pero a densidades muy altas se reduce considerablemente, hasta llegar a micras . El enfoque inercial aprovecha este efecto comprimiendo el combustible a una densidad extremadamente alta, en cuyo punto una pequeña gota de combustible del orden de miligramos será suficiente para permitir la ignición. Además, el colapso provoca que la temperatura del combustible aumente a través del proceso adiabático , proporcionando dos de los tres componentes del producto triple. ^{[ 1 ]}

No se intenta mantener estas condiciones durante un período de tiempo significativo; el combustible explota hacia afuera poco después de que finaliza el pulso impulsor, frenado únicamente por la inercia de las partículas. El tiempo de confinamiento es del orden de microsegundos, por lo que las temperaturas y la densidad deben ser muy altas para que una cantidad apreciable de combustible experimente fusión. Este método ha tenido éxito en la producción de reacciones de fusión, pero hasta la fecha, los dispositivos que pueden proporcionar la compresión, generalmente láseres , requieren mucha más energía de la que producen las reacciones. ^{[ 1 ]}

En el proceso de fusión por confinamiento inercial (FCI) existen dos efectos distintos: uno es comprimir el combustible para capturar las partículas alfa en su interior, y el segundo es calentar el combustible a las temperaturas necesarias para que comiencen las reacciones. Para capturar eficientemente las partículas alfa, se requiere una densidad aproximadamente 1000 veces mayor que la del agua, ^{[ b ]} lo que exige una energía de haz de aproximadamente ^10⁷ julios por gramo (J/g) de masa del objetivo. En cambio, calentar el combustible a temperaturas de fusión requiere aproximadamente 10⁹ ^J /g. Por este motivo, se han realizado esfuerzos para encontrar maneras de calentar el combustible por separado; la solución típica consiste en modular el suministro de energía para crear un breve período de mayor energía, generando una onda de choque que se propaga hacia el combustible en compresión. Esto se conoce como "ignición por punto caliente". ^{[ 2 ]}

La mayoría de los sistemas ICF hasta la fecha han utilizado láseres como "impulsores". En el caso simple en que el láser se proyecta directamente sobre el blanco de combustible, conocido como "impulso directo", el calor generado por el láser provoca la explosión de la capa exterior de la cápsula de plástico hacia afuera. Debido a la tercera ley de Newton , esto provoca que el interior de la cápsula se comprima hacia adentro. El impulso directo impone fuertes limitaciones al tiempo de enfoque y suministro, y es difícil de lograr. Por esta razón, la mayoría de los dispositivos ICF de gran tamaño utilizan el proceso de "impulso indirecto", en el que el impulsor calienta un cilindro metálico conocido como "hohlraum" hasta tal punto que comienza a emitir rayos X , que a su vez inciden sobre una cápsula suspendida en su interior. Esto permite que el proceso de calentamiento se desarrolle durante un período más prolongado y reduce la necesidad de un enfoque tan preciso, pero tiene la desventaja de que gran parte de la energía original del haz se utiliza para calentar el cilindro y no contribuye a la implosión. ^{[ 3 ]}

Generar un pulso con los niveles de energía y la sincronización requeridos es un desafío significativo. Hasta la fecha, los requisitos de energía se han cumplido normalmente utilizando láseres de vidrio de fosfato dopado con neodimio complejos que tienen una eficiencia general de alrededor del 1 %. Los sistemas ópticos necesarios para enfocar y controlar el haz eliminan un 50 % adicional de la energía, y en el caso de accionamiento indirecto, cantidades significativas de lo que queda se pierden calentando el cilindro de metal. Para la Instalación Nacional de Ignición , el sistema ICF más grande y potente hasta la fecha, solo entre 10 y 14  kJ de los 4  MJ originales de la energía láser original llegan al objetivo, ^{[ 4 ]} que requirió 422  MJ de energía eléctrica para generarse.

Para que las reacciones de fusión produzcan suficiente energía para igualar la energía original del láser, tendrán que producir al menos 4  MJ, y por razones prácticas, al menos tres veces esa cantidad, lo que implica que la relación entre la energía láser de entrada y la energía de fusión de salida, ^{[ c ]} o ganancia , tiene que ser del orden de cientos o miles. Hasta la fecha, el récord en NIF es de 1,3  MJ de fusión a partir de 2  MJ de salida láser, ^{[ 5 ]} a partir de 422  MJ de electricidad, por lo que es extremadamente improbable que el enfoque actual pueda utilizarse alguna vez para la producción de energía. ^{[ 6 ]}

En 1963, Friedwardt Winterberg introdujo el concepto de iniciar la fusión mediante pequeños grupos de partículas aceleradas a unos 200  km/s, un concepto que ahora se conoce como fusión por impacto de cúmulos . Este concepto no es similar a la ICF moderna, ya que las partículas aceleradas están destinadas a fusionarse directamente y no se utilizan únicamente como impulsor, como en el concepto de ICF. La publicación de varios artículos relacionados con la ICF a finales de la década de 1960 impulsó a Winterberg a publicar en 1968 un artículo que describía el uso de electrones o iones acelerados en lugar de los sistemas láser en una configuración de ICF. ^{[ 7 ]}

Al Maschke, que trabajaba en el Sincrotrón de Gradiente Alterno (AGS) del Laboratorio Nacional de Brookhaven , sugirió el uso de un sincrotrón de protones, como el AGS, como base para un impulsor de ICF. Esto podría proporcionar la energía deseada con mejoras relativamente menores. Sin embargo, estudios posteriores demostraron un problema con este enfoque: el haz divergiría excesivamente debido a la repulsión de cargas iguales y sería difícil obtener la intensidad necesaria para la ICF. ^{[ d ]} Además, los protones se detendrían dentro del blanco de combustible a diferentes profundidades, lo que dificultaría el control de la dinámica de implosión. ^{[ 3 ] [ 8 ]} Estos problemas llevaron a Maschke a sugerir, alrededor de 1975, el cambio de protones a iones más pesados, como cesio, xenón, mercurio o plomo. ^{[ 9 ] [ 8 ]} A principios de 1976, Dennis Keefe propuso que el acelerador de inducción lineal funcionaría para este propósito. ^{[ 10 ]}

Un evento significativo en la historia de HIF fue una reunión de dos semanas en julio de 1976 en el Hotel Claremont en Berkeley, California, donde las ideas de Maschke fueron estudiadas por alrededor de cincuenta participantes de todos los principales laboratorios de aceleradores de partículas y fusión y universidades. Su informe sobre la reunión demostró que no había problemas alarmantes y que el potencial de ese concepto sugería un estudio más detallado. ^{[ 11 ]} Esto dio lugar a varios estudios de seguimiento, en Brookhaven en 1977, Argonne en 1978 y Oakland en 1979, ^{[ 3 ] [ e ]} todos con resultados prometedores similares. En una revisión de mayo de 1979 de todo el campo de la FCI, John S. Foster Jr. concluyó que HIF era la mejor opción para un reactor de fusión FCI "si se quería adoptar un enfoque conservador". ^{[ 12 ]}

Tras nuevas negociaciones, en 1983 el Departamento de Energía finalmente accedió a proporcionar financiación para la creación de una organización oficial que gestionara estos esfuerzos: el programa de Investigación de Aceleradores de Fusión de Iones Pesados ​​(HIFAR). Durante la década siguiente, el grupo HIFAR de Lawrence Berkeley, junto con grupos similares en Lawrence Livermore y otros centros, continuó estudiando el concepto básico. Los estudios se prolongaron durante la década siguiente, dando como resultado dos propuestas de diseño de centrales eléctricas completas: HYLIFE y HYLIFE-II. ^{[ 13 ]}

Durante este mismo período, el enfoque clásico basado en láser para la fusión por confinamiento inercial (FCI) sufrió una serie de importantes contratiempos. Gran parte del rendimiento previsto de estos diseños se basaba en simulaciones por ordenador utilizando programas como LASNEX . Las primeras simulaciones sugerían que se podía esperar cierta ganancia de fusión incluso con energías de haz relativamente bajas del orden de 10  kJ, pero cuando esta predicción se puso a prueba en el sistema Shiva , una serie de problemas imprevistos redujeron drásticamente el rendimiento en un factor de aproximadamente 10 000. Las actualizaciones de LASNEX sugerían que un sistema más grande con varios cientos de kJ de potencia lo lograría, pero el sistema Nova resultante , construido a esta escala, demostró en cambio otro conjunto de problemas importantes y, una vez más, no cumplió con las predicciones. ^{[ 14 ]}

Los experimentos que utilizaron armas nucleares como generador en lugar del láser, parte del proyecto Halite/Centurion , sugirieron que se requerían energías considerablemente mayores, quizás hasta 100  MJ, muy por encima de las capacidades de cualquier sistema láser. Incluso en los mejores escenarios, con diversos avances en la conformación del blanco y la sincronización del pulso de energía,  se necesitarían al menos 2 MJ. ^{[ 14 ]} Esto requeriría unos 200  MJ de electricidad para alimentar los láseres, por lo que se necesitarían ganancias de fusión del orden de Q = 100 para que la energía se equilibrara, incluso ignorando todos los mecanismos de pérdida. ^{[ 15 ]}

Esta serie de eventos generó un renovado interés en HIF. Debido a que la eficiencia del impulsor era mucho mayor, la ganancia requerida era correspondientemente menor, del orden de Q = 10. Una menor ganancia implicaba una dinámica de implosión mucho menos exigente, así como explosiones menos potentes que podían contenerse en un dispositivo más pequeño. Desde finales de la década de 1990, laboratorios de todo el mundo siguen generando un flujo bastante continuo de artículos sobre el tema, y ​​se han llevado a cabo algunos experimentos a pequeña escala en aceleradores adecuados. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Un problema práctico del método HIF radica en que, para suministrar la energía y la sincronización correctas, el acelerador debe ser de gran tamaño. Sería deseable que la mayoría de los iones se detuvieran aproximadamente en la misma ubicación del blanco para producir un efecto simétrico. Para ello, la energía de los iones debe ser muy precisa. En el caso de un tipo de ion comúnmente utilizado, el plomo, esa energía es de aproximadamente 8  GeV para que los iones se detengan a una distancia promedio de 1  mm, a la vez que se suministra suficiente energía al blanco. Un acelerador capaz de proporcionar a los iones de plomo este nivel de energía no es ni pequeño ni económico, incluso para cantidades reducidas de iones, lo que dificulta su producción en un dispositivo de pequeña escala.

En cambio, los láseres con el rendimiento requerido se pueden construir prácticamente a cualquier escala. ^{[ 15 ]} Esta es la razón principal por la que HIF no se ha desarrollado; la máquina más pequeña posible sigue siendo bastante grande y cara. Para fines de desarrollo, los láseres serían más simples y menos costosos, y en última instancia funcionarían de manera similar en términos de física de implosión. Dicho esto, a medida que el programa ICF láser continuó, se ha demostrado que se requieren impulsores cada vez más grandes, culminando en el NIF que, con unos 4 mil millones de dólares y el tamaño de dos campos de fútbol, ​​no es ni pequeño ni barato. ^{[ f ]}

En 2003, el DOE decidió centrar todos sus esfuerzos del ICF en el programa NIF, ya que muchos proyectos posteriores al NIF se basarían en sus resultados. Los planes para diversos conceptos de prueba más pequeños para el programa HIF prácticamente terminaron en ese momento. ^{[ 15 ]}

La energía necesaria para comprimir un blanco de FCI a la densidad requerida es de aproximadamente 10⁷ ^J /g, por lo que para pequeñas cantidades de combustible del orden de 1  mg el requerimiento energético es de aproximadamente 10  kJ. Sin embargo, se requiere energía adicional para calentar el combustible a temperaturas de fusión; la compresión por sí sola no será suficiente hasta aproximadamente 10⁹ ^J /g. Esto lleva a una variedad de mecanismos para reducir este requerimiento a aproximadamente 10⁸ ^J /g, ^{[ g ] [ 18 ]} y, por lo tanto, a unos 100  kJ en total para 1  mg de combustible. Una variedad de mecanismos de pérdida durante la compresión pierde aproximadamente el 90% de esa energía, por lo que los impulsores deben ser del orden de 1  MJ. ^{[ 8 ] [ h ]}

En la década de 1970, cuando se empezó a considerar el concepto, los aceleradores más potentes, que normalmente utilizaban electrones o protones, aceleraban pequeñas cantidades de partículas a altas energías. Aquellos que podían alcanzar 1  MJ generalmente lo hacían con protones con energías de alrededor de 20  GeV. Estas partículas altamente relativistas atraviesan objetos pequeños sin frenarse, lo que las hace inadecuadas para la fusión por confinamiento inercial (FCI). Idealmente, un acelerador debería utilizar un número mucho mayor de partículas de menor energía que se detengan más rápidamente. A energías no relativistas, inferiores a 20  MeV, tienen una probabilidad razonable de detenerse en un objeto pequeño. A estas energías, la cantidad de partículas, o "luminosidad", necesaria para suministrar la energía requerida está muy por encima de cualquier tecnología existente. ^{[ 8 ]}

El uso de partículas más pesadas ofrece cierta ventaja en términos de reducción de velocidad, ya que la energía = 1/2 ^mv² , pero la masa es lineal con la energía , mientras que la velocidad es cuadrática, por lo que la reducción de velocidad no es significativa. La principal ventaja reside en la forma en que las partículas se ralentizan dentro de un blanco. Al pasar por los átomos del blanco, su carga eléctrica ioniza dichos átomos, y son estas interacciones las que ralentizan la partícula en un proceso de dispersión conocido como colisión de Coulomb . Un efecto curioso de la colisión de Coulomb es el pico de Bragg, causado por la ralentización del ion cerca del final de su trayectoria. Este efecto implica que, al disparar iones contra una sustancia, la mayoría se depositarán a una distancia bien definida. Para cualquier distancia de frenado y energía de partícula seleccionadas, un ion pesado se detendrá a una distancia aproximadamente tres órdenes de magnitud menor que un protón, lo que facilita considerablemente la configuración del sistema. ^{[ 8 ] [ 19 ]}

Al igual que ocurre con la ICF impulsada por láser, la HIF se puede construir utilizando los conceptos de accionamiento directo o indirecto, ^{[ 19 ]} y las razones principales para usar uno u otro son las mismas; el accionamiento directo requiere una precisión de haz mucho mayor del impulsor, pero entrega aproximadamente el 15 % de la energía del impulsor al combustible, mientras que el accionamiento indirecto es menos crítico con la colocación y la sincronización del haz, entregando solo alrededor del 5 % de la energía al objetivo. ^{[ 18 ]}

En el caso de la propulsión indirecta, el sistema es casi idéntico al de los sistemas impulsados ​​por láser; las diferencias radican principalmente en el diseño del hohlraum. En los dispositivos láser, el hohlraum tiene forma de cilindros abiertos y los haces láser inciden a través de los extremos hacia las paredes internas. En el caso de un propulsor iónico, la distancia de frenado provocaría que los rayos X quedaran atrapados dentro de las paredes del hohlraum. En cambio, el hohlraum tiene forma de una capa delgada, generalmente ovoide, con pequeñas placas metálicas suspendidas en su interior. La pared del hohlraum es lo suficientemente delgada como para ser invisible a los haces, que en su lugar inciden sobre las placas más gruesas, calentándolas hasta que comienzan a emitir rayos X que llenan la capa. Los rayos X provocan entonces el colapso de la cápsula de combustible de la misma manera que en el caso del láser. Sin embargo, el propulsor HIF presenta una ventaja en este caso, ya que puede oscilar rápidamente a altas frecuencias, lo que permite mover los haces dentro del hohlraum para uniformizar el calentamiento. La formación de puntos calientes en las paredes del hohlraum ha demostrado ser un problema en los dispositivos láser, lo cual esto podría evitar. ^{[ 19 ]}

Debido a que la distancia de frenado de los iones es del orden de 1  mm, los blancos para HIF de accionamiento directo suelen ser más grandes y mucho más gruesos que los de los sistemas láser. Un diseño típico tiene  un radio de aproximadamente 4 mm, con una capa exterior de plomo u oro, un empujador hecho de un metal más ligero como el aluminio y, a continuación, una fina capa de combustible DT congelada a la capa interior de aluminio. El núcleo interno, de unos 2,8  mm, está vacío. Este diseño, con mayor densidad en el exterior y menor en el interior, es una fórmula para la inestabilidad de Rayleigh-Taylor (RT), por lo que los blancos y la iluminación deben ser extremadamente uniformes. Consideraciones sobre la iluminación sugieren que se requieren de 16 a 32 haces. Algunos diseños de cápsulas añaden una fina capa de espuma para amortiguar la compresión y reducir la RT. ^{[ 20 ]}

Un problema significativo en los primeros sistemas de FCI era que los pulsos láser eran aproximadamente uniformes en el tiempo. Se descubrió que esto depositaba energía más rápidamente de lo que la cápsula podía absorberla, lo que provocaba que el combustible se calentara en lugar de simplemente ser empujado. Esto dio lugar al concepto moderno del "pie", un período inicial de energía mucho menor que inicia el proceso de impulsión evitando el precalentamiento, y luego el "pulso principal" que sigue cerca del final del proceso e impulsa la etapa final de alta compresión. Debido a la masa de la capa de empuje, todo el proceso es más lento que en los sistemas láser, con un pulso que dura aproximadamente 35  ns, en comparación con quizás 1/3 de la duración de los pulsos láser. ^{[ 20 ]}

Existen dos conceptos de diseño principales para los sistemas de propulsión: los equipos estadounidenses se centran en los aceleradores de inducción, mientras que los equipos europeos y japoneses se centran en los aceleradores de radiofrecuencia. ^{[ 21 ]}

Los aceleradores de radiofrecuencia consisten en un tubo con aberturas periódicas, cada una de ellas encerrada en una cavidad resonante. Al aplicar una señal de radiofrecuencia a través de la abertura, cada una comienza a resonar a una frecuencia determinada. Esto produce una fuerza eléctrica a través de la abertura que acelera los iones a lo largo del tubo. La señal está sincronizada para que alcance su valor máximo cuando pasa un grupo de iones. Esto significa que solo puede acelerar pulsos cortos de iones y, por lo tanto, requiere algún método para recombinar los pulsos. ^{[ 21 ]}

Los aceleradores de inducción constan de una serie de solenoides espaciados a lo largo de la línea de haz. Cada uno se activa al paso de los iones, acelerándolos. Esto tiene la ventaja de permitir que los aceleradores se coloquen alrededor de múltiples líneas de haz, acelerándolas todas simultáneamente. ^{[ 21 ]}

En ambos casos, la necesidad de una potencia de haz muy alta en pulsos muy cortos, junto con la necesidad de enfocar esos haces hasta aproximadamente 3  mm, exige una serie de nuevos factores de diseño. ^{[ 21 ]} Para cumplir con el requisito de enfoque, la fuente de iones inicial debe tener una emitancia muy baja , es decir, la dispersión de los iones en el espacio y la velocidad. Esto es esencialmente una medida de su movimiento aleatorio al crearse, que es función de su temperatura. Para proporcionar la emitancia deseada, es necesario desarrollar nuevos inyectores de baja temperatura. ^{[ 21 ]}

La carga eléctrica positiva de los iones los aleja entre sí con el tiempo, lo que da lugar al concepto de límite de carga espacial , el número máximo de iones en un volumen dado que pueden permanecer enfocados. Este valor está muy por debajo de los requisitos para producir un pulso que comprima el objetivo. Los diseños estadounidenses abordan este problema mediante un gran número de líneas de haz paralelas que se combinan justo al acercarse a la cámara objetivo. Los diseños europeos prefieren el uso de anillos de almacenamiento para esta función. En ambos casos, un pulso inicial largo de iones se reduce en duración para producir un pulso cada vez más corto. Por ejemplo, en un diseño estadounidense, el pulso inicial tiene una  duración de 27 μs y se comprime repetidamente hasta que solo dura 10  ns. ^{[ 21 ]}

En cualquier versión, los diseños resultantes son muy largos. Las ilustraciones estadounidenses generalmente utilizan una línea de haz plegada con forma de U, con una longitud total del orden de 1 kilómetro (0,62 millas) . ^{[ 22 ]} Este es el principal inconveniente del enfoque HIF; aunque es posible construir un acelerador con menor corriente de haz para fines de prueba, los iones individuales aún requieren la misma energía y, por lo tanto, el acelerador tendrá un tamaño similar al de una versión de mayor corriente para un reactor de producción. 

El uso de iones presenta ventajas prácticas significativas sobre los láseres. Para empezar, los láseres que alcanzan los niveles de energía deseados son extremadamente ineficientes: aproximadamente el 1 % de la electricidad suministrada se convierte en fotones en el haz. En cambio, los controladores HIF transforman entre el 30 % y el 40 % de la energía de entrada en el haz. ^{[ 19 ]} Esto reduce considerablemente el rendimiento requerido de los objetivos si el objetivo es producir una salida de energía neta; un  láser de 4 MJ requiere aproximadamente 400  MJ de energía eléctrica, y considerando que un generador de ciclo Rankine moderno tiene una eficiencia de alrededor del 40 %, la salida de la cápsula debe ser de al menos 1  GJ para recargar el láser. Por el contrario, la misma  energía de haz de 4 MJ podría producirse con  un controlador HIF de 10 MJ, que requiere aproximadamente 40  MJ de salida de fusión, un objetivo mucho más sencillo. Teniendo en cuenta las pérdidas adicionales en el proceso, los dispositivos HIF generalmente buscan una ganancia del orden de 50 a 70. ^{[ 19 ]}

Otra ventaja significativa del diseño HIF es su capacidad para disparar rápidamente en sucesión. Los sistemas de vidrio utilizados en los láseres se calientan por el paso del haz, lo que provoca que se hinchen y se desenfoquen, requiriendo cierto tiempo para enfriarse antes de poder volver a utilizarse. En la práctica, esto limita dispositivos como NIF a quizás unos pocos "disparos" al día, y aunque esto puede aumentarse mediante el uso de sistemas de refrigeración avanzados, estos podrían reducir los tiempos de disparo a minutos o quizás decenas de segundos. En cambio, los HIF no tienen componentes de enfoque en línea ni de control del haz; todo eso se gestiona mediante imanes que rodean las líneas de haz. Esto les permite disparar continuamente, y parece posible alcanzar tasas de 10 a 15 disparos por segundo. ^{[ 19 ]} Esta es una enorme ventaja en el caso de una planta operativa donde la sincronización de los disparos debe ser lo suficientemente rápida como para que la salida parezca relativamente continua. ^{[ 19 ]}

La capacidad de controlar el haz eléctricamente ofrece ventajas operativas significativas. La dirección del haz a pequeña escala, o "oscilación", resulta útil durante el pulso para suavizar la energía. En un marco temporal más amplio, es necesario tener en cuenta el movimiento continuo del dispositivo debido a la deformación y los eventos sísmicos a lo largo de las grandes distancias de recorrido de los haces. En un sistema láser, esto requiere un largo proceso de recalibración, mientras que en el caso del HIF se puede realizar fácilmente, e incluso de forma continua, mediante pequeños cambios en los campos de los imanes de dirección finales. Esto también se puede utilizar para dirigir los haces entre cámaras de reacción completamente diferentes, lo que ofrece operaciones de conmutación por error y la capacidad de disparar a diferentes cámaras sucesivamente si la frecuencia de pulso deseada es mayor que la capacidad de una sola cámara. ^{[ 23 ]}

Finalmente, la óptica final, donde el láser entra en la cámara de reacción, está sujeta a la salida directa de los eventos de fusión, incluyendo neutrones de alta energía y diversas otras partículas y radiación. Esto provoca una erosión constante de las ventanas, lo que puede causar problemas significativos con la luz de alta energía. Esto se ha convertido en un problema importante en los dispositivos de fusión por confinamiento inercial (FCI) impulsados ​​por láser. ^{[ 8 ]} La capacidad de HIF para ser fácilmente dirigido ofrece varias soluciones sencillas a estos problemas, permitiendo aislar las líneas de haz de las reacciones mediante obturadores mecánicos giratorios u otros conceptos. ^{[ 24 ]}

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