INTRODUCCI�N
UN D�A EN EL LABORATORIO RUTHERFORD APPLETON
Estamos en el Laboratorio Rutherford Appleton en Didcot, Inglaterra, a 20 km de Oxford. Es el laboratorio europeo m�s importante dedicado a la investigaci�n en confinamiento inercial por medio del l�ser, y su herramienta de trabajo principal es el l�ser Vulcan, de neodimio, que funciona a una longitud de onda de 1.06, 0.53 o 0.35 micrones y es capaz de proporcionar m�s de 3 kilojoules de energ�a en pulsos de menos de 1 nanosegundo distribuidos en doce haces.
Son las 7:30 de la ma�ana y muchos investigadores, todos los estudiantes de doctorado y algunos trabajadores, ya est�n aqu� a pesar de que la entrada oficial es a las 8:30. La presi�n de trabajo es muy dura, pero igualmente grande es el placer y la satisfacci�n que la mayor�a de ellos encuentra en su labor.
Un experimento con un nuevo tipo de microesfera est� en curso en la Sala de Experimentaci�n N�mero 1. Es necesario verificar si con un nuevo dise�o la densidad y la temperatura de implosi�n m�ximas alcanzadas son mayores que las obtenidas con modelos previos. Para esto se deber� medir la uniformidad de irradiaci�n l�ser depositada en la microesfera, la simetr�a de implosi�n, la cantidad de neutrones producidos, la energ�a de los electrones suprat�rmicos generados, la radiaci�n l�ser reflejada por procesos no lineales y el perfil de densidad del plasma producido. En la Sala de Experimentaci�n N�mero 2, que es mucho m�s peque�a y cuenta con s�lo un haz l�ser, est� en marcha un experimento realizado por un grupo de astrof�sicos que producen plasmas por medio de un l�ser con el fin de simular la expansi�n de los plasmas estelares. M�s de 30 investigadores, distribuidos en varios equipos, son responsables de los diversos aspectos de los experimentos en curso.
El grupo m�s numeroso se encuentra en la Sala N�mero 1. Los investigadores se mueven como hormigas, encendiendo equipos y verificando una vez m�s que todo est� listo. Se introduce la microesfera a la c�mara de vac�o donde ser� irradiada. Con un l�ser de arg�n de muy baja potencia y con la ayuda de circuitos de televisi�n, cada uno de los doce haces l�ser se enfoca cuidadosamente sobre la peque�a esfera. Una vez que la microesfera est� en posici�n, todo el instrumental experimental se prepara para el disparo principal del l�ser de neodimio, que en menos de 1 nanosegundo la convertir� en una intensa fuente de neutrones, rayos X y radiaci�n �ptica.
Despu�s de una hora de alineaci�n y verificaci�n, las c�maras ultrarr�pidas de rayos X, los detectores de neutrones, los espectr�metros de cristal de rayos X, los sistemas �pticos de detecci�n de uniformidad, as� como los monocromadores, los espectr�metros, los interfer�metros y los pir�metros �pticos est�n listos para el experimento. Aunque todos los investigadores hablan ingl�s, a veces hay que hacer un esfuerzo por comprender el raro acento de los rusos, franceses, japoneses, suecos, alemanes y uno que otro latinoamericano. El entusiasta y brillante doctor Mike Key, director general del laboratorio, despu�s de verificar con su equipo que su espectr�metro de rayos X est� listo, entra a la sala de control donde se une a la conversaci�n de un grupo de j�venes investigadores acerca de las simulaciones computacionales obtenidas. �stas predicen dos diferentes resultados para el nivel de uniformidad y compresi�n que el experimento deber� producir. El doctor Key da su opini�n: las discrepancias obtenidas en los diferentes modelos computacionales tienen su origen en que no existe a�n el modelo te�rico apropiado para describir el fen�meno de filamentaci�n en el plasma en expansi�n. Este fen�meno, dicho sea de paso, fue descubierto por Oswald Willi cuando era estudiante de doctorado en este mismo laboratorio. Oswald escucha el comentario y entre risas, y con su fuerte acento alem�n de Austria, les dice que dejen de discutir pues en unos cuantos minutos, cuando el l�ser sea disparado y sean obtenidos los resultados experimentales, sabr�n cu�l modelo computacional predice resultados m�s cercanos a lo que realmente ocurre.
Pronto la sala de control parece una lata de sardinas. Casi todos han abandonado la sala de Experimentaci�n N�mero 1 y est�n a la espera de que el l�ser sea disparado. El doctor Adrian Cole, cumpliendo una formalidad, toma el micr�fono para anunciar por el sistema de altavoces que todo mundo debe abandonar la Sala, pues est�n listos para disparar el l�ser. Sin embargo, al encender el amplificador ante la sorpresa y la risa general de la concurrencia, la m�sica de los Beatles inunda la sala. David Bassett, un joven trabajador amante de la m�sica, una vez m�s dej� desconectado el micr�fono y conectada su grabadora al equipo de sonido. Varias personas hablan con los operadores del l�ser y Justin Wark, joven estudiante de doctorado, los tranquiliza afirmando que pas� toda la noche anterior, junto con el doctor Rumbsy, en el laboratorio instalando su nuevo dise�o de oscilador l�ser para garantizar que el perfil temporal del pulso sea suave y sin picos extra�os que perturben los resultados esperados.
Mientras la computadora que controla el l�ser corre su programa rutinario de verificaci�n, el doctor H�ctor Baldis platica con un grupo de colegas sobre los problemas que tuvo en la aduana al salir de Canad�, pues los inspectores insist�an en que pasara sus rollos de pel�cula fotogr�fica (especiales para la c�mara ultrarr�pida de rayos X) por el sistema de detecci�n de armas y explosivos de rayos X del aeropuerto en Toronto. "Todos los pasajeros, antes de abordar el avi�n, deben hacer pasar sus pertenencias por este detector. Le garantizamos que no da�ar� sus rollos fotogr�ficos." Esto es lo que el polic�a aduanal dec�a mientras Baldis intentaba explicarle que sus rollos fotogr�ficos eran distintos a los de los dem�s pasajeros, pues los de �l s� eran sensibles a los rayos X y quedar�an da�ados si los pasaban a trav�s del sistema de detecci�n. En otro grupo el doctor Tom Hall muestra con satisfacci�n una copia del Libro Guinness de Records donde aparece que la c�mara ultrarr�pida que construy� es la de mayor velocidad del mundo.
Finalmente se cierra la puerta de la Sala N�mero 1. La llave es retirada y luego se inserta en el interruptor principal del l�ser de neodimio que, por razones de seguridad, s�lo as� puede dispararse. Hay tensi�n entre todos los presentes que, en silencio, escuchan el zumbido de las alarmas anunciando que el banco principal de capacitores del l�ser est� siendo cargado. Con los ojos fijos en las pantallas de televisi�n observan las barras de indicaci�n que muestran, en color verde intenso, c�mo los capacitores principales de los amplificadores de disco de los doce haces l�ser se cargan hasta el m�ximo nivel. Por �ltimo, una alarma continua anuncia durante tres segundos el inminente disparo del l�ser y el fuerte ruido de descarga de los tiratrones confirma que esto ocurri�. En las pantallas de televisi�n se muestra la energ�a proporcionada por cada haz y hay alivio al ver que la variaci�n m�xima entre los haces no excedi� el 5%. Cada equipo de investigaci�n se apresura a extraer los resultados obtenidos por sus instrumentos. La sala de control nuevamente se encuentra repleta pues todos est�n ansiosos de comparar resultados y verificar la compatibilidad preliminar entre �stos, as� como, aunque s�lo sea cualitativamente, comparar los resultados experimentales con las predicciones te�ricas y las simulaciones computacionales.
Si todo marcha bien, durante el d�a ser� posible disparar el l�ser doce o quince veces, y aproximadamente a la una de la tarde (los que tengan tiempo de hacerlo) se dirigir�n al restaurante pues es la hora del almuerzo. Ah�, como de costumbre, los franceses se quejar�n, entre di�logos cient�ficos y culinarios, que el vino, si es de Burdeos, no se debe servir tan joven y que ser�a bueno que, aparte del queso camembert hubiera tambi�n roquefort. A las 6:00 de la tarde se apaga el l�ser y entonces es tiempo de ajustar aparatos, limpiar sistemas �pticos, hacer modificaciones a los programas de c�mputo y analizar resultados. Finalmente, hacia las 10:00 de la noche casi todos han abandonado el laboratorio y est�n en alg�n pub de Oxford tomando cerveza oscura, espesa y casi tibia, acompa�ada de una papa rellena de queso o un trozo de pollo frito con ensalada. Los m�s rom�nticos, antes de llegar a casa, caminan un poco durante la noche pasando por los alrededores de la Biblioteca Bodleiana para recibir la inspiraci�n que les permitir� interpretar los resultados obtenidos durante el d�a.
En este peque�o libro hablaremos de uno de los m�s fascinantes desaf�os cient�ficos de este siglo: c�mo obtener la fusi�n nuclear por medio del l�ser. El inter�s al respecto reside en que, si existe una forma de lograrla, proporcionar�a al hombre una fuente de energ�a abundante y pr�cticamente inagotable. No obstante, para que esto sea posible primero se deber�n resolver complejas cuestiones tecnol�gicas, necesarias para comprender cabalmente los diversos aspectos de la f�sica de la fusi�n l�ser.
Como es sabido, la energ�a nuclear ha sido utilizada por el hombre desde hace varias d�cadas, en usos civiles y militares: reactores nucleares que suministran electricidad a nuestras ciudades, y bombas de inimaginable poder destructor. Las reacciones nucleares que se producen en los ejemplos anteriores se clasifican como reacciones de fisi�n o reacciones de fusi�n. En las reacciones de fisi�n los n�cleos de los �tomos pesados, como el del uranio o el del plutonio, son fraccionados o fisionados dando como resultado �tomos m�s peque�os; mientras que en las reacciones de fusi�n los n�cleos de los �tomos ligeros, como el del hidr�geno o el del helio, son unidos o fusionados, produciendo �tomos m�s pesados. En ambos casos se libera energ�a en la reacci�n. De hecho, el Sol y todas las dem�s estrellas producen su energ�a a partir de reacciones nucleares de fusi�n.
Las reacciones nucleares de fisi�n se utilizan hoy en todos los reactores nucleares del mundo. Tambi�n se emplearon en la construcci�n de las primeras bombas at�micas, conocidas como bombas A, similares a las que lamentablemente fueron detonadas en 1945 sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki. En el primer caso que ocurre en un reactor nuclear, se trata de una reacci�n de fisi�n controlada, mientras que en el segundo, el de la bomba, se trata de una violenta reacci�n nuclear de fisi�n sin control alguno.
Por otra parte, desde la d�cada de los a�os sesenta se desarrollaron dispositivos que operan con base en las reacciones de fusi�n. Estos instrumentos son bombas at�micas conocidas como bombas H, capaces de liberar mucha m�s energ�a que cualquier bomba A. Desde que las bombas H fueron desarrolladas, se abri� tambi�n la posibilidad de construir un reactor nuclear de fusi�n que permitiera hacer uso controlado y pac�fico de la abundante energ�a producida en estas reacciones. As� como los reactores nucleares actuales nos permiten hacer un uso pac�fico de las reacciones nucleares de fisi�n, el problema ahora es construir un reactor nuclear basado en reacciones de fusi�n. Este planteamiento se muestra esquem�ticamente en la figura 1.
![[FNT 1]](../img/funu015.gif)
A diferencia de un reactor nuclear de fisi�n (como los usados actualmente), construir un reactor nuclear de fusi�n tendr�a varias ventajas: en primer lugar, existe abundante combustible nuclear de fusi�n de bajo costo; su operaci�n, por otro lado, ser�a m�s segura y confiable que la de cualquier reactor nuclear convencional actual y; por �ltimo, se reducir�a sustancialmente el problema de peligrosos desechos radiactivos.
Construir un reactor nuclear de fusi�n ha resultado ser un problema de inmensa
complejidad. Tanto as� que, a pesar de que tras varias d�cadas de trabajo, s�lo
recientemente se han obtenido resultados satisfactorios. Como consecuencia de
las dificultades encontradas, muchos institutos de investigaci�n del mundo que
iniciaron de modo individual y "secreto" sus programas de desarrollo de reactores
de fusi�n, al evaluar la magnitud cient�fica y costo del proyecto han terminado
por asociarse y constituir grupos multinacionales de investigaci�n, como por
ejemplo el Joint European Torous (JET), que conjunta los esfuerzos
de varios pa�ses europeos.
Existen actualmente varios m�todos mediante los cuales se intenta lograr la fusi�n nuclear controlada. Estos son esencialmente tres: fusi�n por confinamiento magn�tico, fusi�n por haces de part�culas y fusi�n l�ser. En este libro se exponen las ideas b�sicas de este �ltimo m�todo, basado en el uso de rayos l�ser de muy alta intensidad. A lo largo de estas p�ginas describimos, por tanto, las reacciones nucleares de fusi�n, la operaci�n y construcci�n de l�seres de muy alta intensidad, la f�sica de la materia cuando es irradiada por luz l�ser, as� como algunas t�cnicas experimentales usadas para estudiar la materia en estas condiciones. Asimismo, se explica la idea b�sica de la propuesta para construir una central de generaci�n el�ctrica de fusi�n. Finalmente, en el Ep�logo, se presentan algunas reflexiones respecto a la situaci�n energ�tica actual en el mundo y su relaci�n con otros problemas, como la contaminaci�n ambiental.
