@2022 CLPU/Diego de Luis, Pilar Puyuelo Valdés

El grupo experimental de la infraestructura, liderado por la joven investigadora Pilar Puyuelo Valdés, logró por primera vez generar protones de alta cadencia y alta energía con un láser ultraintenso utilizando un blanco líquido.

Aunque ha sido el primero de muchos más experimentos que están por venir, el éxito de esta campaña permitirá ofrecer a los usuarios de la instalación una fuente de haz de protones casi continua, lo que, por un lado, optimizará los resultados de sus investigaciones con una estadística muchísimo mayor, y por otro, reducirá los tiempos de transferencia de la investigación básica a la aplicada. Es decir, permitirá acelerar el proceso de investigación e innovación en este campo.

Hasta el momento, la aceleración de protones por láser se alcanzaba habitualmente mediante blancos sólidos. Sin embargo, éstos tienen una importante limitación: la interacción con el láser genera un plasma tan caliente que los blancos se destruyen; y es a partir del plasma desde el que se logran acelerar los iones. Esto obliga a un parón en los experimentos para proceder al cambio de blancos con el problema añadido de que, como afirma Pilar Puyuelo Valdés «por muy parecidos que sean los blancos sólidos nunca serán exactamente iguales, por lo que se producirán pequeñas, o no tan pequeñas, variaciones en los resultados de la aceleración». Con un blanco líquido se consigue un blanco constante, en este caso de agua destilada, por lo que se puede aprovechar la alta tasa de repetición del sistema láser VEGA (1 disparo por segundo) del Centro de Láseres Pulsados. De esta forma se contará con un número de datos mucho mayor, «como si concentrásemos varios experimentos pero en una única campaña».

El mayor reto de este experimento ha sido que se trabaja con láseres ultraintensos con lo que es necesario impactar en vacío. El agua es un curioso material cuyo estado (y por tanto comportamiento) varía según su presión y temperatura. Esto significa que cualquier gota que se salga del sistema del chorro y, por lo tanto, deje de estar dentro del mismo blanco, se congela; lo cual obliga a volver a empezar de nuevo.

El blanco está formado por dos boquillas con aperturas de 30 micrómetros de diámetro (menos que el espesor de un pelo humano) colocadas milimétricamente de manera que al colisionar los dos hilos de agua se forma una lámina u hoja muy fina en espesor pero de grandes dimensiones (3 x 0.5 mm). Después el líquido es recogido por otra boquilla y succionado por una bomba situada en el exterior.

La descripción del exitoso experimento y sus resultados han sido publicados en la prestigiosa revista Plasma Physics and Controlled Fusion bajo el título Implementation of a thin, flat wáter target capable of high-repetition-rate-Mev-range proton acceleration in a high-power laser at CLPU

Frente a los aceleradores convencionales, los láseres ultraintensos logran acelerar partículas en micrómetros, por lo que el futuro de esta tecnología permitiría aceleradores mucho más compactos, abaratando costes y permitiendo un mayor número de equipos, lo que multiplicaría su uso para aplicaciones médicas o estudios y análisis del patrimonio cultural.