LASNEX

LASNEX es un programa informático que simula las interacciones entre rayos X y un plasma , junto con muchos efectos asociados a estas interacciones. El programa se utiliza para predecir el rendimiento de dispositivos de fusión por confinamiento inercial (FCI), como el láser Nova o los propuestos "impulsores" de haces de partículas . Se han utilizado versiones de LASNEX desde finales de la década de 1960 o principios de la de 1970, y el programa se ha actualizado constantemente. La existencia de LASNEX se mencionó en el artículo fundamental de John Nuckolls en Nature en 1972, que introdujo por primera vez el concepto de FCI, ^{[ 1 ]} diciendo que era "...como descifrar un código enemigo. Te dice cuántas divisiones aplicar a un problema". ^{[ 2 ]}

LASNEX utiliza un método de elementos finitos (MEF) bidimensional para los cálculos, dividiendo el área experimental en una cuadrícula de polígonos arbitrarios . Cada nodo de la cuadrícula registra valores para diversos parámetros de la simulación . Se almacenaron valores para electrones e iones térmicos (de baja energía), electrones supertérmicos (de alta energía y relativistas), rayos X del láser, productos de reacción y campos eléctricos y magnéticos para cada nodo. El motor de simulación hace evolucionar el sistema en el tiempo, leyendo los valores de los nodos, aplicando fórmulas y registrándolos. El proceso es muy similar al de otros sistemas MEF, como los utilizados en aerodinámica . ^{[ 3 ]}

A pesar de los numerosos problemas en las primeras investigaciones sobre FCI, LASNEX ofreció sugerencias claras de que pequeños aumentos en el rendimiento serían suficientes para alcanzar la ignición . ^{[ 2 ]} A finales de la década de 1970, trabajos posteriores con LASNEX indicaron que el problema no radicaba tanto en la energía como en el número de haces láser, y sugirieron que el láser Shiva, con 10  kJ de energía en 20 haces, alcanzaría la ignición. No lo logró, al no contener la inestabilidad de Rayleigh-Taylor . ^{[ 2 ]} Una reseña del progreso publicada por The New York Times al año siguiente señaló que el sistema "se quedó corto respecto a las estimaciones más optimistas por un factor de 10 000". ^{[ 2 ]}

Los resultados reales del proyecto Shiva se utilizaron para ajustar el código LASNEX, que ahora predecía que una máquina algo más grande, el láser Nova , alcanzaría la ignición. No fue así; aunque Nova demostró reacciones de fusión a gran escala, estaba lejos de la ignición. ^{[ 2 ]}

Los resultados de Nova también se utilizaron para ajustar el sistema LASNEX, que predijo una vez más que se podría alcanzar la ignición, esta vez con una máquina significativamente más grande. Dados los fallos anteriores y el aumento de los costes, el Departamento de Energía decidió probar directamente el concepto con una serie de pruebas nucleares subterráneas conocidas como "Halite" y "Centurion", dependiendo del laboratorio que realizara el experimento. En Halite/Centurion, los objetivos típicos de la fusión por confinamiento inercial (FCI) se colocaron en hohlraums , cilindros metálicos diseñados para suavizar la energía del impulsor y que esta incidiera uniformemente sobre el combustible. Los conjuntos de hohlraum/combustible se colocaron a diferentes distancias de una pequeña bomba atómica, cuya detonación liberó cantidades significativas de rayos X. Estos rayos X calentaron los hohlraums hasta que brillaron en el espectro de rayos X (habiendo sido calentados a una temperatura de rayos X, en lugar de a una temperatura de "incandescencia blanca") y fue esta suave iluminación de rayos X la que inició las reacciones de fusión dentro del combustible. Estos resultados demostraron que la cantidad de energía necesaria para provocar la ignición era de aproximadamente 100  MJ, unas 25 veces mayor que la de cualquier máquina que se estuviera considerando. ^{[ 2 ]}

Los datos de Halite/Centurion se utilizaron para ajustar aún más LASNEX, que luego predijo que una conformación cuidadosa del pulso láser reduciría la energía requerida en un factor de aproximadamente 100 veces, entre 1 y 2 MJ, por lo que un diseño con una salida total de 4 MJ comenzó a ser seguro. Esto dio origen al concepto de la Instalación Nacional de Ignición (NIF ). ^{[ 2 ]} En 2022, la NIF logró la ignición, desencadenando una reacción de fusión autosostenida que liberó 3,15 MJ de energía utilizando 2,05 MJ de energía láser. ^{[ 4 ]}

Por estas razones, LASNEX es algo controvertido en el campo de la FCI. ^{[ 5 ]} Más precisamente, LASNEX generalmente predijo el comportamiento de baja energía de un dispositivo con bastante precisión, pero se vuelve cada vez más impreciso a medida que aumentan los niveles de energía. ^{[ 6 ]}

Las versiones 3D avanzadas del mismo concepto básico, como ICF3D ^{[ 7 ]} e HYDRA, ^{[ 8 ]} siguen impulsando el diseño moderno de ICF y, del mismo modo, no han logrado igualar el rendimiento experimental.