Laboratorio de Energía Láser

El Laboratorio de Energía Láser ( LLE ) es un centro de investigación científica ubicado en el campus sur de la Universidad de Rochester , en Brighton, Nueva York . El laboratorio se estableció en 1970 con operaciones financiadas conjuntamente por el Departamento de Energía de los Estados Unidos , la Universidad de Rochester y el gobierno del estado de Nueva York . El Laboratorio Láser se creó para investigar la física de alta energía que involucra la interacción de radiación láser extremadamente intensa con la materia. Los experimentos científicos en el centro se centran en el confinamiento inercial , la fusión inducida por láser de accionamiento directo , la física fundamental del plasma y la astrofísica utilizando el Laboratorio Láser OMEGA. En junio de 1995, OMEGA se convirtió en el láser ultravioleta de mayor energía del mundo . ^{[ 1 ]} El laboratorio comparte su edificio con el Centro de Optoelectrónica e Imagen y el Centro de Fabricación Óptica. El Centro Robert L. Sproull para la Investigación de Láseres de Ultra Alta Intensidad se inauguró en 2005 y alberga el láser OMEGA EP, cuya construcción finalizó en mayo de 2008.

Hasta 2022 se habían otorgado más de 270 doctorados .para la investigación realizada en el LLE. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Durante los meses de verano, el laboratorio patrocina a estudiantes de penúltimo año de secundaria de la zona en investigaciones en el laboratorio, y la mayoría de sus proyectos son dirigidos por científicos sénior del laboratorio. ^{[ 4 ]}

El LLE fue fundado en el campus de la Universidad de Rochester en 1970 por el Dr. Moshe Lubin. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Trabajando con empresas externas como Kodak , el equipo construyó Delta, un sistema láser de cuatro haces, en 1972. La construcción del sitio actual del LLE comenzó en 1976. ^{[ 5 ]} La instalación abrió un sistema láser de seis haces y le siguió un sistema de 24 haces dos años después. En 2018, Donna Strickland ^{[ 7 ]} y Gérard Mourou compartieron un Premio Nobel por el trabajo que habían realizado en 1985 mientras estaban en el LLE. ^{[ 8 ]} Inventaron un método para amplificar pulsos láser por "chirp" , por el cual compartieron el Premio Nobel de Física de 2018. Este método dispersa un pulso corto y de banda ancha de luz láser en un espectro de longitudes de onda temporalmente más largo. El sistema amplifica el láser en cada longitud de onda y luego reconstituye el haz en un solo color. La amplificación por pulsos modulados en frecuencia fue fundamental para la construcción de la Instalación Nacional de Ignición y el sistema OMEGA EP. En 1995, el sistema láser OMEGA se amplió a 60 haces, y en 2008 se inauguró el sistema OMEGA de rendimiento extendido (OMEGA EP).

The Guardian y Scientific American publicaron resúmenes simplificados del trabajo de Strickland y Mourou: «allanó el camino para los haces láser más cortos e intensos jamás creados». «Los haces ultracortos y ultraafilados pueden utilizarse para realizar cortes extremadamente precisos, por lo que su técnica se emplea actualmente en el mecanizado láser y permite a los médicos realizar millones de cirugías oculares correctivas con láser » . ^{[ 9 ] [ 10 ]}

El láser OMEGA es un dispositivo láser del LLE diseñado para realizar experimentos de fusión por confinamiento inercial de accionamiento directo . Se trata de un láser de neodimio de vidrio con triplicación de frecuencia ultravioleta de 60 haces , capaz de suministrar 40 kilojulios a hasta 60 teravatios , lo que lo convierte en uno de los láseres más potentes y de mayor energía del mundo. La luz láser puede enfocarse sobre un objetivo esférico de menos de 1 milímetro de diámetro, ^{[ 11 ]} suspendido en una cámara de vacío esférica de 3,3 metros de diámetro. ^{[ 12 ]}  

La construcción inicial y la puesta en marcha del láser se completaron en 1980 bajo un  contrato de 21 millones de dólares entre la Universidad de Rochester y el Departamento de Energía de los Estados Unidos. En ese momento, era un sistema de 24 haces y 15 teravatios. ^{[ 13 ]} Fue actualizado entre 1990 y 1995 por 61  millones de dólares al sistema de 60 haces que existe hoy. ^{[ 12 ]} OMEGA mantuvo el récord del láser de mayor energía (por pulso) desde 1999 (después del desmantelamiento del láser Nova ) hasta 2005, cuando los primeros 8 haces de la Instalación Nacional de Ignición superaron la producción de OMEGA en aproximadamente30  kJ en el ultravioleta.

OMEGA se utiliza para experimentos de fusión por confinamiento inercial de accionamiento directo, en los que los láseres comprimen un blanco lleno de combustible de fusión, formando una región caliente y densa en el centro donde ocurren las reacciones de fusión nuclear . OMEGA ostentó en su momento el récord de mayor rendimiento de neutrones de cualquier dispositivo de fusión por confinamiento inercial. Ha demostrado rendimientos superiores a5 × 10 ¹³ reacciones por implosión, con presiones internas de más de50  gigabares . ^{[ 14 ]}

El sistema láser OMEGA EP (rendimiento extendido) es un dispositivo láser de funcionamiento independiente y una extensión de OMEGA, inaugurado el 16 de mayo de 2008 con el propósito de estudiar técnicas de ignición avanzadas. ^{[ 15 ]} Alberga cuatro haces láser similares a los del NIF , cada uno capaz de entregar hasta 1,6  kilojulios de energía, así como una nueva cámara de blancos. Dos de los haces poseen rejillas de compresión de pulsos, lo que permite pulsos tan cortos como 1  picosegundo. ^{[ 16 ]} El láser está alojado dentro de una ampliación del edificio de 2005.

Si bien OMEGA EP normalmente opera de forma independiente de OMEGA, sus dos haces de pulsos cortos también pueden combinarse y dirigirse a la cámara de destino de OMEGA, además de los 60 haces existentes de OMEGA. La alta potencia de estos haces, junto con su capacidad de sincronización independiente, permite realizar experimentos integrados de ignición rápida , en los que el láser OMEGA comprime un objetivo esférico lleno de combustible de fusión y, a continuación, OMEGA EP impulsa un haz de electrones hacia su centro, iniciando así la combustión termonuclear . La combinación de los sistemas láser OMEGA y OMEGA EP convierte a LLE en la única instalación experimental criogénica de ignición rápida totalmente integrada del mundo. ^{[ 17 ]}

LLE está ubicado en la Universidad de Rochester y es operado por ella . ^{[ 18 ]} OMEGA y OMEGA EP son instalaciones para usuarios, abiertas para su uso por toda la comunidad científica . ^{[ 19 ]}

El principal patrocinador de LLE es la Oficina de Programas de Defensa del Departamento de Energía / Administración Nacional de Seguridad Nuclear (DOE/NNSA), ^{[ 20 ]} que apoya su gestión de reservas y sus programas avanzados de computación científica. ^{[ 19 ] [ 18 ]}

El Laboratorio tiene una misión quíntuple: ^{[ 21 ]}

• Para llevar a cabo experimentos de implosión y experimentos de física básica en apoyo del programa nacional de fusión por confinamiento inercial (ICF),
• Para desarrollar nuevas tecnologías láser y de materiales,
• Proporcionar educación de posgrado y pregrado en electroóptica, láseres de alta potencia, física de alta densidad de energía, física de plasmas y tecnología de fusión nuclear,
• Para operar la Instalación Nacional de Usuarios de Láser y
• Realizar investigación y desarrollo en tecnología avanzada relacionada con fenómenos de alta densidad energética .

• Hiper
• Riccardo Betti
• Gérard Mourou
• Ciencia a gran escala

• Sitio web oficial
• Centro de Fabricación de Óptica. Archivado el 29 de agosto de 2004 en Wayback Machine.
• OMEGA
• EP OMEGA
• Grupo de Usuarios de la Instalación Láser OMEGA Esta guía de usuario se creó para ayudar a los usuarios de la Instalación Láser OMEGA a proponer y realizar experimentos en la instalación. Contiene información técnica detallada sobre la misma.
• R. Stephen Craxton Archivado el 19/04/2015 en Wayback Machine