Láser de megajulios

Laser Mégajoule ( LMJ ) es un gran dispositivo de investigación de fusión por confinamiento inercial (ICF) basado en láser cerca de Burdeos , Francia , construido por la dirección francesa de ciencia nuclear, Commissariat à l'Énergie Atomique (CEA).

Laser Mégajoule planea suministrar más de 1  MJ de energía láser a sus objetivos, comprimiéndolos hasta alcanzar una densidad aproximadamente 100 veces mayor que la del plomo. Su energía es aproximadamente la mitad de la de su homólogo estadounidense, la Instalación Nacional de Ignición (NIF). Laser Mégajoule es el mayor experimento de fusión por confinamiento inercial (FCI) fuera de Estados Unidos.

La tarea principal del Laser Mégajoule será refinar los cálculos de fusión para las armas nucleares de Francia . ^{[ 1 ]} Una parte del tiempo del sistema se reserva para experimentos de ciencia de materiales. ^{[ 2 ]}

La construcción del LMJ duró 15 años y costó 3 mil millones de euros. ^{[ 3 ]} Fue declarado operativo el 23 de octubre de 2014, cuando realizó su primer conjunto de experimentos relacionados con armas nucleares.

Laser Mégajoule utiliza una serie de 22 líneas de haz láser. Estas se distribuyen en cuatro salas separadas, dos a cada lado del área experimental central. Dos de las salas tienen cinco líneas, y las otras dos, seis. ^{[ 4 ]}

La emisión láser comienza en cuatro láseres optoelectrónicos , uno para cada sala. La luz láser de estas fuentes se amplifica en una serie de 120 módulos preamplificadores (PAM), saliendo de los PAM como un haz cuadrado de aproximadamente 40 x 40 milímetros (1,6 x 1,6 pulgadas) . El sistema está configurado de manera que los haces de los PAM se envían a los amplificadores en grupos de ocho, dispuestos como dos grupos de cuatro haces, un "cuadrado", un cuadrado encima del otro. Esto permite que cada línea de amplificación produzca ocho haces separados. En contraste, NIF utiliza amplificadores individuales para cada uno de sus 192 haces. ^{[ 4 ]} 

Cada línea de haz contiene dos amplificadores de vidrio principales, que se bombean ópticamente mediante lámparas de destello de xenón . Para extraer más potencia de los amplificadores, que no son particularmente eficientes en la transmisión de potencia al haz, el pulso láser se envía a través de los amplificadores dos veces mediante un conmutador óptico situado delante de un espejo. ^{[ 4 ]}

Cuando la amplificación se completa, los haces viajan hacia el extremo de la línea, el más cercano a la cámara objetivo en el centro del edificio. Cada haz se refleja en una serie de seis espejos para reorganizarlos, apartándolos de su orientación paralela en las líneas de haz y colocándolos alrededor de la cámara objetivo. A continuación, los haces atraviesan un multiplicador de frecuencia óptica para aumentar su frecuencia hasta el ultravioleta . Finalmente, se enfocan hasta aproximadamente 0,25 milímetros (0,0098 pulgadas) antes de entrar en la cámara objetivo. ^{[ 4 ]} 

La cámara experimental consiste en una esfera de aluminio de 10 metros (33 pies) de diámetro y 10 centímetros (3,9 pulgadas) de espesor, con un peso aproximado de 140 toneladas métricas. Está recubierta por una capa de hormigón borado de 40 centímetros (16 pulgadas) que forma un escudo biológico. ^{[ 5 ]}   

Al igual que NIF, LMJ pretende utilizar el método de " impulso indirecto ", en el que la luz láser se utiliza para calentar un cilindro de alto número atómico (Z) hecho de algún metal pesado (a menudo oro ) conocido como " hohlraum ". El hohlraum emite rayos X , que se utilizan para calentar una pequeña pastilla de combustible que contiene combustible de fusión de deuterio - tritio (DT). ^{[ 6 ]}

Aunque se pierde una cantidad considerable de energía láser al calentar el hohlraum, los rayos X son mucho más eficientes para calentar la pastilla de combustible, lo que hace que el método de propulsión indirecta sea aplicable a la investigación de armas nucleares. Los rayos X calientan la capa exterior de la pastilla tan rápidamente que explota hacia afuera, lo que provoca que el resto de la pastilla se contraiga hacia adentro y genere una onda de choque que se propaga a través de ella hasta el centro. Cuando la onda de choque converge desde todas las direcciones y se encuentra en el centro, la densidad y la temperatura alcanzan brevemente el criterio de Lawson y comienzan las reacciones de fusión. Si la velocidad de las reacciones es lo suficientemente alta, el calor generado por estas reacciones también provocará la fusión del combustible circundante. Esto continúa hasta que se consume la mayor parte del combustible de la pastilla. Este proceso se conoce como "ignición" y ha sido durante mucho tiempo un objetivo de los investigadores de la fusión.

La construcción del Laser Mégajoule comenzó con una única línea de haz prototipo conocida como Ligne d'Intégration Laser ( Línea de Integración Láser ), o LIL , alimentada por un banco de energía de 450 MJ. Era esencialmente una versión más pequeña de las líneas del diseño principal, con cuatro haces en lugar de ocho. Entró en funcionamiento en 2002 y generó 1595 pulsos y realizó 636 experimentos antes de su cierre en febrero de 2014. Su último experimento fue realizado por LULI, la École Polytechnique y CELIA en la Universidad de Burdeos. ^{[ 7 ]}

LMJ se retrasó varias veces, pero solo por períodos cortos. Diseñado para entrar en funcionamiento a principios de 2014, ^{[ 8 ]} el cronograma se pospuso hasta diciembre, ^{[ 9 ]} pero finalmente se adelantó nuevamente hasta octubre. ^{[ 10 ]}

• Sistemas ópticos en el LMJ. Archivado el 5 de noviembre de 2010 en Wayback Machine.
• Láser Mégajoule (en francés )
• Láser Mégajoule (en inglés )

44°38′30.88″N 0°47′15.91″W / 44.6419111°N 0.7877528°W / 44.6419111; -0.7877528