La fusión nuclear es vista como la panacea en un mundo que cada vez requiere de más energía. El combustible en este proceso es deuterio y tritio, dos formas más pesadas del hidrógeno. El deuterio es encontrado comúnmente en el agua de mar, mientras que el tritio puede ser hecho artificialmente. Cuando estos isótopos se combinan, una pequeña porción de masa es perdida y se libera una cantidad colosal de masa. Este proceso ocurre naturalmente en el interior del Sol, donde la presión extrema permite que suceda a 10 millones de grados Celsius. En la Tierra, la temperatura necesaria para producir el mismo efecto es de 100 millones de grados.

Si se demuestra como una tecnología viable, el uso de láseres será rival de la técnica favorita actualmente para iniciar la fusión que es usando imanes superconductores para contener y fusionar núcleos de hidrógeno. Esta técnica está siendo utilizada en el reactor Iter que está siendo construido en Cadarache, en el sur de Francia.

El Reino Unido propuso la creación de una instalación con un láser todavía más poderoso, llamado HIPER, que sería capaz de estudiar la factibilidad de usar la fusión gracias al láser para generar energía. "Hiper es una instalación de gran escala, por lo que debemos confirmar que nuestro entendimiento es correcto," explicó el profesor Peter Norreys, del Laboratorio Rutherford Appleton, donde el experimento fue llevado a cabo.

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El láser posee una intensidad de 20 mil millones de billones (20.10²¹) de Watts por centímetro cuadrado, conteniendo 300 Terawatts de potencia en total; eso es 300 veces más potencia que la de la entera red eléctrica de Estados Unidos. Toda la potencia del haz está concentrada en un diámetro de 1,3 micrones, aproximadamente cien veces más pequeño que un cabello humano. Según los investigadores este láser es 2 órdenes de magnitud más intenso que cualquier otro en el mundo.

Dentro de otras ventajas, este láser puede producir el haz una vez cada 10 segundos, mientras que otros dispositivos similares sólo una vez cada algunas horas. "Podemos obtener una potencia tan elevada colocando una pequeña cantidad de energía en un pequeño, muy pequeño intervalo de tiempo," dijo Yanovsky, uno de los investigadores. "Estamos almacenando energía y liberándola en una fracción microscópica de tiempo." Para obtener valores tan elevados, el equipo agregó otro amplificador al sistema de láser HERCULES, que funcionaba previamente a 50 terawatts.

El HERCULES es un láser de titanio-safiro que ocupa varios cuartos en el Centro para Óptica Ultra Rápida, de la Universidad de Michigan. La luz que se le introduce rebota en una serie de espejos y otros elementos ópticos, como si fuera un Pinball, aumentando así su energía y enfocándose cada vez más a lo largo de su camino. Además de aplicaciones médicas, láseres tan intensos como este pueden expandir las fronteras de la ciencia, al permitir "hervir el vacío": según algunos físicos, sería posible generar materia a partir del vacío al enfocar un haz lo suficientemente intenso, como el del nuevo láser. También permitiría explorar nuevas técnicas de fusión, es decir la unión de átomos de poca masa para generar otros más pesados.

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Ingenieros de la Universidad de Purdue mostraron como controlar con gran precisión las propiedades espectrales de pulsos de luz ultra-rápidos, un paso hacia la creación de sensores avanzados, tecnologías de comunicaciones más poderosas e instrumentos de laboratorio más precisos.

Los pulsos láser pueden ser vinculados con las luces estroboscópicas usadas en fotografía de alta velocidad para congelar objetos que se mueven a gran velocidad como balas o insectos volando. Estos pulsos de láser, sin embargo, son millones de veces más rápidos que esas luces, durando apenas una billonésima parte de un segundo (entre un picosegundo y un femtosegundo.)

Las propiedades de los pulsos, cuando son representados en un gráfico, toman formas específicas que caracterizan el cambio de la intensidad luminosa del comienzo al fin de cada pulso. Controlar esta intensidad con precisión, que se llama “modelado del pulso”, permitirá a los investigadores dar a los pulsos del láser aplicaciones específicas, dijo Andrew Weiner, profesor de Purdue.

Los investigadores en otras instituciones desarrollaron láseres ultra-rápidos produciendo trenes de pulsos que se dividen en cientos de miles de segmentos, con cada segmento representando una porción diferente del espectro formando un pulso. Los segmentos son llamados de “líneas de peine” porque se asemejan a los dientes de un peine cuando se los representa en un gráfico, y el pulso entero se llama “peine de frecuencia de femtosegundo.”

El premio Nobel en física de 2005 fue dado a investigadores que justamente controlaron las frecuencias de estas líneas y demostraron aplicaciones relacionadas con relojes ópticos sofisticados, que podrían mejorar las comunicaciones, los sistemas de navegación y permitir nuevos experimentos para probar teorías físicas, dentro de otros usos posibles.
En la nueva investigación, los ingenieros de Purdue “dieron forma” a 100 líneas de uno de dichos peines de frecuencia en un solo pulso.

“Todavía hay enormes desafíos tecnológicos por delante, pero realmente vemos 100 líneas como un hito, un gran paso,” dijo Weiner. La investigación se centra en el Laboratorio de Óptica Ultra-Rápida y Comunicaciones por Fibra Óptica de Purdue.

La técnica para dar forma al pulso, llamada generación de ondas ópticas arbitrarias no es nueva. Sin embargo el equipo de Purdue es el primero en lograr darle forma a pulsos de luz de un peine de frecuencia de femtosegundo y en demostrar la técnica en una escala tan pequeña controlando las propiedades de 100 peines espectrales dentro de cada pulso.

Al controlar con precisión esta “fina estructura en frecuencia” de los pulsos láser, los investigadores esperan crear sensores ópticos avanzados que detecten y midan materiales peligrosos o contaminantes, espectroscopia ultra-sensible para investigaciones de laboratorio, y sistemas de comunicaciones basadas en óptica que transmitan volúmenes mayores de información con mejor calidad, aumentando el ancho de banda. Sin embargo, realizar por completo estos objetivos necesitaría controlar entre 100.000 y 1 millón de líneas de peine en cada pulso, dijo Weiner.

El avance de los ingenieros de Purdue permite a los investigadores controlar la amplitud y la fase de líneas individuales, o los puntos altos y bajos de cada línea espectral, representando un paso hacia la aplicación de esta técnica para tecnologías avanzadas.

Fuente: Science Daily