Fuentes de neutrones basadas en la aceleración de protones por láseres intensos y sus aplicaciones

Abstract

[ES]El gran avance en la tecnología láser de alta intensidad (> 1018W/cm2) y pulsos ultracortos (< 100 fs) en las últimas décadas, así como un mayor conocimiento en la interacción láser - plasma, ha abierto la puerta al uso de este tipo de láseres como fuente de protones e iones energéticos (∼ 10 − 102 MeV). Este hecho ha suscitado a su vez gran interés por su elevado número de posibles aplicaciones en áreas interdisciplinares, como la física médica [1], el análisis de materiales [2] o la fusión nuclear [3]. La posibilidad de obtener compresiones de pulso elevadas y de su focalización en blancos micrométricos (∼ 10 μm), se ha traducido en un incremento de la intensidad en este tipo de láseres en varios órdenes de magnitud, lo que hace que hoy en día la investigación con láseres con intensidades de ∼ 1020 − 1021W/cm2 sea posible en multitud de instalaciones científicas a lo largo del mundo. Estas intensidades de láser han permitido, a su vez, el estudio de diferentes mecanismos de aceleración de iones y protones, posibilitando la producción de neutrones por medio de reacciones nucleares con energías del orden del MeV y con una fluencia elevada > 108 n/sr por disparo. El hecho de poder disponer de una fuente de neutrones energéticos en grandes cantidades que sea relativamente pequeña y con un coste de fabricación notablemente menor a las alternativas disponibles hoy en día (aceleradores, reactores nucleares) haría factible su utilización en investigación por instituciones académicas y en aplicaciones que requieran fuentes más compactas. Todo esto hace de los láseres intensos de pulsos ultracortos un área activa e interesante de investigación con un gran abanico de aplicaciones directas.

[EN]The great advancement in high-intensity (> 1018W/cm2) laser technology and ultra -short pulses (< 100 fs) in recent decades, as well as an increased understanding of laser-plasma interaction, has enabled the use of such lasers as a source of energetic protons and ions (∼ 10 − 102 MeV). This fact has in turn generated great interest due to the high number of potential applications in interdisciplinary areas, such as medical physics [1], material analysis [2], or nuclear fusion [3]. The possibility of obtaining high pulse compressions and their focusing on micrometric targets (∼ 10 μm), has resulted in an increase in the intensity of such lasers by several orders of magnitude, which enables research using lasers of intensities ∼ 1020 − 1021W/cm2 possible nowadays in numerous scientific facilities around the globe. These laser intensities have also enabled the study of different ion and proton acceleration mechanisms, allowing the production of neutrons through nuclear reactions with energies on the order of MeV and with high fluence > 108 n/sr per shot. The availability of a source of energetic neutrons in large quantities that is relatively small and with a significantly lower manufacturing cost compared to other alternatives available today (linear accelerators, nuclear reactors) would make its use feasible for research by academic institutions and in applications demanding more compact sources. All of this makes high-intensity, ultrashort pulse lasers an active and interesting area of research with a wide range of direct applications