Los láseres NIF se superponen al objetivo cilíndrico de espuma plateada de escala milimétrica. El calentamiento resultante crea rayos X, de los que luego se obtienen imágenes como se muestra a la derecha. Crédito: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
Combinando el láser del National Ignition Facility (NIF) y espumas metálicas ultraligeras, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han producido la fuente de rayos X más brillante hasta la fecha, aproximadamente el doble que las versiones anteriores de metal sólido.
Estos rayos X ultrabrillantes de alta energía se pueden utilizar para obtener imágenes y estudiar materia extremadamente densa, como los plasmas creados durante la fusión por confinamiento inercial. El trabajo del equipo fue recientemente publicado en Revisión física E.
El científico de LLNL, Jeff Colvin, comparó la fuente con la máquina utilizada para encontrar caries en un dentista.
“La máquina de su dentista crea un haz de electrones que se estrella contra una placa de metal pesado. Los electrones del haz interactúan con los electrones unidos a los átomos de metal para crear rayos X”, dijo. “En el NIF, utilizamos un rayo láser de alta potencia en lugar de un rayo de electrones para generar rayos X, 'chocando' el rayo contra átomos de plata y creando un plasma”.
La elección de la plata es importante, ya que cuanto mayor es el número atómico del átomo de metal, mayor es la energía de los rayos X que produce. El equipo utilizó plata porque querían producir rayos X con una energía superior a 20.000 electronvoltios.
La estructura de espuma del metal también fue fundamental para lograr este objetivo. El equipo fabricó objetivos cilíndricos de 4 mm de ancho utilizando un molde y nanocables de plata.
“Congelamos los nanocables suspendidos en una solución en el molde, luego aplicamos un proceso de secado supercrítico para eliminar la solución, dejando la espuma metálica porosa de baja densidad”, dijo el investigador de LLNL Tyler Fears.
“Hicimos espuma de plata con una densidad de aproximadamente 1/1000 de la densidad sólida, que no es mucho mayor que la densidad del aire”, dijo Colvin.
En dicha espuma, el láser NIF calienta un volumen mayor del material y el calor se propaga mucho más rápido que en un sólido. Todo el cilindro de espuma se calienta en aproximadamente 1,5 milmillonésimas de segundo.
Además de crear la fuente de rayos X, los investigadores exploraron diferentes densidades de espuma para determinar cuál proporcionaba la máxima producción de energía. También aplicaron una nueva técnica de análisis de datos para intentar comprender la física del plasma generado.
Utilizando esos datos, descubrieron que estos plasmas metálicos brillantes y calientes están lejos del equilibrio térmico. Los modelos, como los utilizados para examinar la fusión por confinamiento inercial en NIF, normalmente suponen que los plasmas están cerca del equilibrio, con electrones, iones y fotones teniendo aproximadamente la misma temperatura.
“En el futuro, esto significa que debemos repensar nuestras suposiciones sobre el transporte de calor y cómo lo calculamos en estos plasmas metálicos en particular”, dijo Colvin.
Más información:
MJ May et al, Transporte de energía térmica en espumas de nanocables de plata metálica de alta eficiencia de conversión de rayos X impulsadas por láser, Revisión física E (2025). DOI: 10.1103/PhysRevE.111.015201
Citación: Los investigadores crean la fuente de rayos X más brillante del mundo con un rayo láser de alta potencia y nuevas espumas metálicas (2025, 15 de enero) recuperado el 15 de enero de 2025 de
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