Una fuente de electrones eficiente basada en la fusión nuclear por láser

Las fuentes de neutrones tienen muchas aplicaciones: desde estudiar la estructura de un nuevo material a la localización de menas minerales subterráneas. El problema está en su tamaño, demasiado grande para algunas de esas aplicaciones. Un nuevo trabajo de investigación encabezado por G. Ren, del Instituto de Física Aplicada y matemática Computacional (China), podría ser una solución a ese problema.

Ren y sus colegas han desarrollado un nuevo diseño robusto que emplea láseres para inducir la fusión nuclear en una cápsula que contiene hidrógeno pesado (un protón y un neutrón en el núcleo). En las pruebas preliminares este método ha producido del orden de mil millones de neutrones por pulso láser, lo que es 100 veces más que otros métodos similares

En las pruebas preliminares este método ha producido del orden de mil millones de neutrones por pulso láser

Las fuentes habituales de neutrones que suministran haces de alta intensidad para los estudios de materiales son aceleradores de alta energía o reactores de fisión, algo que dista mucho de ser flexible. Sin embargo, el deseo de disponer de fuentes de menor tamaño ha llevado a centrar la atención en las técnicas basadas en láseres. Un diseño típico implica iluminar con un pulso láser agrupaciones de isótopos de hidrógeno. Como resultado los átomos se ionizan y colisionan, produciendo reacciones de fusión que emiten neutrones; eso sí, no son reacciones automantenidas (como en una bomba de hidrógeno o en un reactor de fusión nuclear), sino que duran tanto tiempo como dura la iluminación. El problema es que en los diseños típicos el rendimiento es insuficiente para muchas aplicaciones.

El objetivo es conseguir reacciones de fusión automantenidas mediante el bombardeo con láseres de pélets de hidrógeno

El nuevo método de Ren et al. es una variación de la fusión por confinamiento inercial (FCI), cuyo objetivo es conseguir reacciones de fusión automantenidas mediante el bombardeo con láseres de pélets de hidrógeno. La FCI puede producir neutrones con rendimientos enormes, pero está sujeta también a grandes inestabilidades. El grupo chino las resuelve empleando una geometría del blanco diferente. En vez de pélets usan una cápsula esférica cuya superficie interior está recubierta por una capa de hidrógeno. La luz del láser calienta el hidrógeno, haciendo que implosiones y se fusiones en el centro de la cápsula.

Los experimentos con pulsos láser de 6,3 kilojulios produjeron unos pocos miles de millones de neutrones. Láseres más potentes y un combustible más rico en neutrones podría aumentar el rendimiento más de 1000 veces.

Referencia: G Ren et al (2017) Neutron Generation by Laser-Driven Spherically Convergent Plasma Fusion Physical Review Letters doi: 10.1103/PhysRevLett.118.165001