Un nuevo estudio pide que los EE. UU. Intensifiquen sus esfuerzos de I + D de láser para competir mejor con los principales esfuerzos en el extranjero para construir grandes sistemas láser de alta potencia, y toma nota del progreso y los hitos en el Centro Acelerador de Láser de Laboratorio de Berkeley (BELLA) del Departamento de Energía y en otros sitios.

Una inversión en esta llamada "segunda revolución láser" promete abrir una gama de aplicaciones, desde el mecanizado hasta la medicina y la aceleración de partículas, según el informe de diciembre de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingenieria, y Medicina, que ofrece análisis independientes a agencias gubernamentales y legisladores.

El informe de 280 páginas, "Oportunidades en láseres ultrarrápidos intensos:alcanzar la luz más brillante", recomienda una mayor coordinación y colaboración por parte de los laboratorios y agencias gubernamentales, universidades y la industria para construir instalaciones y capacidades láser en EE. UU.

También recomienda que el DOE lidere la creación de una estrategia nacional para desarrollar y operar proyectos láser nacionales a gran escala basados ​​en laboratorios. proyectos de mediana escala que potencialmente podrían ser alojados en universidades, y un programa de transferencia de tecnología láser que conecta la industria, academia, y laboratorios nacionales.

El comité que preparó el informe visitó Berkeley Lab y otros laboratorios nacionales del norte de California, incluyendo SLAC National Accelerator Laboratory y Lawrence Livermore National Laboratory. El comité también visitó el sitio de la instalación láser Extreme Light Infrastructure Beamlines que está en marcha en la República Checa. y el Laboratorio de Energética Láser de la Universidad de Rochester en Nueva York.

En el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE (Berkeley Lab), Los científicos de BELLA están trabajando para desarrollar técnicas de aceleración basadas en láser que podrían conducir a aceleradores de partículas más compactos para la física de alta energía y controladores para fuentes de luz de alta energía; además, las notas del informe, La "experiencia y utilización del láser" que se había concentrado en otros laboratorios "ahora se está ampliando con planes para la utilización de láseres en (Berkeley Lab)" y en otros lugares.

BELLA ha avanzado en la demostración de la rápida aceleración de los electrones utilizando etapas separadas de aceleración basada en láser formando y calentando plasmas en los que se crea una poderosa onda para que los electrones "surfeen".

"Ya se ha hecho mucho trabajo, y Berkeley Lab ha sido un desarrollador clave para la visión de hacia dónde deben ir las cosas, "dijo Wim Leemans, director del Centro BELLA y de la División de Física Aplicada y Tecnología Aceleradora del Laboratorio.

Berkeley Lab fue el hogar de un experimento pionero) en 2004 que mostró que la aceleración del plasma láser puede producir rayos de propagación de energía relativamente estrechos, según se informa en el número llamado "Dream Beam" de la revista. Naturaleza - y en 2006 usó una técnica de aceleración impulsada por láser similar para acelerar los electrones a una energía récord de mil millones de electronvoltios, o GeV. Ese logro fue seguido en 2014 por un haz de 4.2 GeV, utilizando el nuevo y poderoso láser que está en el corazón del Centro BELLA y será clave para su campaña en curso por 10 GeV. En 1996, Berkeley Lab también registró la primera demostración de pulsos de rayos X que duran apenas una cuadrillonésima de segundo con una técnica conocida como "dispersión inversa de Compton, "señala el informe.

K-BELLA:combinando velocidad y potencia

"Lo que la industria está viendo es el impulso hacia láseres de mayor potencia promedio y láseres ultrarrápidos, y está empezando a tener un impacto en las aplicaciones industriales y de mecanizado, ", Dijo Leemans." Esas son realmente buenas noticias para nosotros ". En jerga láser, la potencia media se relaciona con la potencia total que emite el láser a lo largo del tiempo, contando los pulsos y el "tiempo de inactividad" entre pulsos, mientras que la potencia máxima es la de un pulso individual.

Una velocidad de disparo rápida de pulsos de alta potencia le da a un láser una potencia promedio más alta y puede potencialmente aplicarse a una gama más amplia de usos. El informe de las Academias Nacionales recomienda que las partes interesadas científicas de EE. UU. Trabajen para definir las especificaciones técnicas en los objetivos de rendimiento del láser, como objetivos de potencia máxima, tasa de repetición, longitud de las legumbres, y la longitud de onda de la luz láser.

En 2012, el láser del Centro BELLA estableció un récord al entregar un petavatio (cuatrillón de vatios) de potencia empaquetada en pulsos que medían 40 cuatrillones de segundo de longitud y llegaban a una velocidad de uno por segundo.

Un nuevo objetivo es aumentar esta frecuencia de pulso a 1, 000 por segundo, o un kilohercio, para una actualización de próxima generación denominada K-BELLA. Produciendo frecuencias de pulso de hasta 10, 000 o 100, 000 por segundo podrían hacer que esta máquina sea relevante para un nuevo tipo de acelerador de partículas basado en láser.

"Hay muchas aplicaciones para un láser estilo k-BELLA, ", Dijo Leemans. La visión es que k-BELLA sea una instalación de investigación colaborativa que esté abierta a científicos de fuera del laboratorio, él dijo, que también se sincroniza con las recomendaciones del informe para fomentar un entorno más cooperativo para la ciencia y los científicos del láser. Forjar y mantener conexiones con otros centros láser de clase mundial también es clave para el programa láser de EE. UU. las notas del informe.

Otra actualización que puede ser útil para el programa láser de EE. UU. Es la adición de una segunda línea de luz en BELLA, Dijo Leemans. Una segunda línea de luz podría permitir colisiones exóticas entre un haz de luz y un haz de electrones, o entre dos haces de luz.

Rayos de elementos luminosos producidos por láser, y haces de electrones de baja energía producidos por láser, También podría perseguirse en BELLA para desarrollar la base biomédica de nuevos tipos de tratamientos médicos que se dirijan mejor a los cánceres, por ejemplo. "Esperamos mejorar nuestras propias capacidades de láser en Berkeley Lab mientras trabajamos con nuestros socios para fortalecer los esfuerzos de I + D de láser de la nación, "dijo James Symons, director asociado de laboratorio de ciencias físicas. "Los láseres de mayor potencia promedio serán esenciales para todas las aplicaciones prácticas de los aceleradores de plasma láser".