Materiales ópticos y vidrio láser de SCHOTT: El “corazón” de la investigación de la fusión nuclear

Pioneros en lo que parecía imposible: Recrear el sol

El sol y las estrellas de nuestra galaxia producen reacciones de fusión. Una cantidad infinita de átomos de hidrógeno colisiona constantemente, rompiendo núcleos atómicos entre sí con tal fuerza que se combinan y, como resultado, liberan energía en forma de luz y calor. Poder recrear y controlar una reacción de este tipo en la Tierra significaría desbloquear una fuente de energía que no dependa de combustibles fósiles, ni produzca gases de efecto invernadero o residuos radiactivos que perjudiquen al planeta. 

Lamentablemente, recrear la potencia del sol no es tan fácil como suena.

Tarea

Los investigadores de la NIF tenían dos problemas. En primer lugar, necesitaban un material único que no solo pudiera soportar grandes cantidades de energía, sino que también pudiera filtrar e incluso amplificar directamente la potencia del láser a lo largo del trayecto. Esto les permitiría mantener baja la cantidad inicial de energía necesaria para disparar los láseres, mejorando así la probabilidad de ignición. 

En segundo lugar, necesitaban protectores a prueba de explosiones que protegieran el equipo perfeccionado del laboratorio contra posibles daños cada vez que se llevase a cabo un experimento. Y si deseaban realizar experimentos con mayor frecuencia, necesitaban que esos protectores fueran rentables y rápidos de fabricar.

Una síntesis de vidrio especial único posibilita la investigación en la NIF

Sellado de vidrio especial:
Capaces de formar uniones herméticas y duraderas, la experiencia de SCHOTT en el sellado de vidrio ayudó a la NIF a implementar varillas de sellado de vidrio que no solo son resistentes a entornos de alta temperatura y al choque térmico, sino que también brindan una excelente transmisión de luz.

Vidrio BOROFLOAT®:
Resistente, ligero y versátil, BOROFLOAT®, es un vidrio de borosilicato flotado de baja expansión térmica que sobrevive a los entornos más hostiles, mientras que mantiene una transparencia superior. Por lo tanto, es el material perfecto para proteger al equipo optimizado de la NIF de los residuos.

Polarizadores, sustratos de espejos giratorios, lámparas de destello, láminas láser y más:
Los depósitos de fusión continua y los crisoles de un solo lote de SCHOTT permitieron la producción de componentes de vidrio personalizados adaptados a innumerables aplicaciones específicas. SCHOTT fabricó más de 4,000 componentes específicos para satisfacer los requisitos únicos de la NIF.

Cómo el vidrio SCHOTT amplifica y guía la energía láser para facilitar la ignición nuclear

Un pulso de láser que es solo unas mil millonésimas de julios, se transmite a través de fibras ópticas a 48 preamplificadores de vidrio de neodimio, que aumentan la energía del láser inicial varios miles de millones de veces y determinan su forma. Los espejos y lentes láser guían el haz a través de dos amplificadores más grandes hechos en vidrio láser. Gracias a la óptica especializada, la luz láser se repite cuatro veces, mientras que espejos, filtros y otros dispositivos utilizan vidrio especial para formar un haz uniforme, de alta calidad y fluido. 

Justo antes de alcanzar el objetivo, los rayos viajan a través del conjunto final de ópticas que convierten 4 millones de julios de energía infrarroja en 2 millones de julios de energía ultravioleta, una longitud de onda más corta que es mejor para la ignición. Esa energía ultravioleta colisiona con el objetivo, comprimiendo el combustible de hidrógeno hasta 100 veces la densidad del plomo y creando temperaturas superiores a 100,000,000 °C, por solo una fracción de segundo. La NIF es el lugar más caliente de nuestro sistema solar.

Lo que antes se creía imposible ahora es una realidad, y eso es solo el principio.

¿Qué hace que el vidrio láser sea la clave de la fusión nuclear? 

El vidrio tiene propiedades técnicas únicas, como la homogeneidad del material, que lo convierten en un material huésped ideal para los iones de tierras raras que dan potencia a los láseres bombeados ópticamente. El nivel de homogeneidad y el rango del índice de refracción determinan la calidad de un material óptico, y SCHOTT es capaz de modificar y alterar esas cualidades para crear una gama de productos y componentes de vidrio láser activos que se adaptan para satisfacer las necesidades únicas y altamente técnicas, ópticas e industriales, exactamente lo que la NIF necesitaba para su láser.  

 

La resistencia duradera del vidrio BOROFLOAT®

El vidrio de borosilicato flotado de SCHOTT protege a las valiosas ópticas de NIF de la suciedad. BOROFLOAT ® no solo es excepcionalmente transparente, sino que también es mecánica, térmica y químicamente resistente, lo que lo convierte en el material perfecto para proteger la óptica de la NIF contra residuos nocivos durante los disparos láser. El proceso de producción de por microflotado patentado por SCHOTT logra un material con una excelente calidad de superficie y las excelentes cualidades de resistencia a la abrasión y a los arañazos de BOROFLOAT®, que garantizan la respuesta del vidrio incluso en los entornos industriales más exigentes.

 

Fabricación: La conclusión 

No cabe duda de que la gran experiencia técnica en ciencia e ingeniería de materiales fue fundamental para desarrollar el vidrio láser que ayudó a la NIF a lograr la ignición. Pero sin una experiencia igual de competente en la fabricación y producción de vidrio, ese vidrio especial solo llegaría hasta cierto punto.

En su planta de Duryea, Pensilvania, los expertos en óptica de SCHOTT fueron pioneros en un proceso de fusión continua para crear láminas de vidrio más grandes que permitieran cortar piezas más pequeñas. Mientras que los procesos anteriores solo producían un sustrato al día, este nuevo proceso de fusión ofrecía un mayor rendimiento, lo que permitía a la NIF aumentar la frecuencia de los experimentos.