Estados Unidos está perdiendo terreno en una segunda revolución láser de láseres ultrarrápidos muy intensos que tienen amplias aplicaciones en fabricación, medicina y seguridad nacional, dice un nuevo informe de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina. Actualmente, 80entre el 90% y el 90% de los sistemas láser de alta intensidad están en el extranjero, y todos los láseres de investigación de mayor potencia actualmente en construcción o ya construidos también están en el extranjero. El informe hace cinco recomendaciones que mejorarían la posición de la nación en el campo, incluso parael Departamento de Energía de los EE. UU. DOE para crear una amplia red para apoyar la ciencia, las aplicaciones y la tecnología de estos láseres, así como para que el DOE planifique al menos una instalación láser de gran intensidad y acceso abierto a gran escala que aprovecheotras infraestructuras científicas importantes en el complejo DOE.
El informe se enfoca en láseres de clase de petavatios pulsados altamente intensos 1 petavatio es igual a 1 millón de billones de vatios que entregan casi 100 veces la tasa de consumo de energía total mundial concentrada en un pulso que dura menos de un picosegundo, o una billonésima partede un segundo. Para ilustrar la escala de tiempo, un picosegundo es de un segundo como un segundo es de más de 31,000 años. Dichas fuentes láser crean condiciones que pueden acelerar y colisionar haces intensos de partículas elementales, provocar reacciones nucleares, calor materia a las condiciones encontradasen estrellas, o incluso crear materia del vacío vacío. Estos potentes láseres se originaron en los Estados Unidos; sin embargo, las agencias de financiación de la investigación en Europa y Asia comenzaron en la última década a invertir fuertemente en nuevas colaboraciones e instalaciones que emplearán estosláseres de intensidad para amplias áreas de la ciencia.
El comité que llevó a cabo el estudio y escribió el informe concluyó que los láseres intensos y ultrarrápidos tienen una amplia aplicabilidad más allá de la ciencia para la administración, la industria y la medicina de las existencias de armas nucleares. La principal aplicación de los láseres de alta intensidad a la ciencia de la Administración de existencias del DOEEl programa consiste en producir rayos X brillantes, penetrantes y de alta energía para la radiografía de materia de alta energía. Estos láseres pueden depositar una gran cantidad de energía en una escala de tiempo de picosegundos, y esto los convierte en una herramienta única para sondear la fusión nuclear inercialmente confinadaexperimentos y física de alta densidad de energía que ocurren en una escala de tiempo mucho más larga. En la fabricación, los láseres de alta intensidad pueden usarse para cortes de precisión, principalmente debido a la mínima transferencia de calor a los materiales, lo que resulta en daños colaterales insignificantes. Esto también puede permitirpara la capacidad de perforar agujeros limpios, pequeños y profundos en los materiales sin dañar el material circundante. Por ejemplo, la tecnología ahora se usa comúnmente en la medicinaIndustria ica para la fabricación de stents quirúrgicos de alta calidad que necesitan características de tamaño de micras, como agujeros de 1 micra de diámetro con grandes longitudes.Los láseres de intensidad ultra alta también son prometedores tanto para imágenes médicas como como fuente de haces de partículas intensas para terapias contra el cáncer.
El comité también concluyó que los láseres de alta intensidad permiten un cuerpo de ciencia significativo e importante, que ya tiene una comunidad técnica grande y talentosa, pero está fragmentado en diferentes disciplinas. La coordinación entre la industria y el gobierno es limitada y, a menudo, inadecuada.dijo el comité. Los científicos e ingenieros capacitados en láseres intensos y ultrarrápidos contribuyen a la fuerza laboral para aplicaciones en fotónica y óptica, incluidos láseres de alta energía para defensa y administración de arsenales. Por lo tanto, el comité recomendó que el DOE creara una red nacional amplia, que incluyeuniversidades, industria y laboratorios gubernamentales, en coordinación con la Oficina de Política Científica y Tecnológica, los brazos de investigación del Departamento de Defensa, la Fundación Nacional de Ciencias y otras organizaciones federales de investigación, como la piedra angular de una estrategia nacional para apoyar la ciencia,aplicaciones y tecnología de láseres intensos y ultrarrápidos.
Ninguna agencia federal en la actualidad actúa como administrador de la investigación basada en láser de alta intensidad, ni existe la administración interinstitucional en los EE. UU. Los programas se llevan a cabo bajo el patrocinio de varias agencias federales diferentes de acuerdo con sus diversas misiones y sin elcoordinación que existe en Europa. Para aumentar la integración y la coordinación en este campo, el comité recomendó que las agencias de investigación, incluidos el Departamento de Defensa de EE. UU., el DOE, la Fundación Nacional de Ciencias y otros, involucren a los interesados científicos dentro de la red para definir quélas instalaciones y los parámetros láser servirán mejor a las necesidades de investigación, enfatizando parámetros más allá del estado actual de la técnica en áreas críticas para la ciencia de la frontera, como la potencia máxima, la frecuencia de repetición, la duración del pulso, la longitud de onda y la intensidad focalizable.
El comité también pidió que el DOE lidere el desarrollo de una estrategia nacional integral e interagencial para láseres de alta intensidad que incluya un programa para desarrollar y operar proyectos de laboratorio a gran escala; proyectos de mediana escala como los alojados en universidades; yun programa de desarrollo de tecnología con transferencia de tecnología entre universidades, industria de EE. UU. y laboratorios nacionales.
La ubicación conjunta de los láseres de alta intensidad con la infraestructura existente, como los aceleradores de partículas, ha sido reconocida como una ventaja clave de los laboratorios de EE. UU. Sobre el concepto de Infraestructura de luz extrema en Europa. En base a esto, el comité recomendó que el plan DOEpara al menos una instalación láser a gran escala, de acceso abierto y de alta intensidad que aprovecha otra infraestructura científica importante en el complejo del DOE. Además, la cooperación entre universidades, laboratorios e industria es necesaria para retener y renovar la base de talentos, y la cooperaciónentre estos sectores en el pasado ha demostrado ser esencial. La situación actual podría mejorarse para desarrollar un sólido grupo nacional de talentos y una base tecnológica sólida para esta área de rápido crecimiento. La recomendación final del comité llamó a las agencias a crear programas para científicos e ingenieros estadounidenses queincluyen infraestructura de mediana escala, operaciones de proyectos en ciencia láser de alta intensidad en los Estados Unidos, desarrollo de apuntalamiento claveg tecnologías y participación en la investigación en instalaciones internacionales, como la Infraestructura de luz extrema de Europa.
El estudio fue patrocinado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU., La Oficina de Investigación Naval y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. Las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina son instituciones privadas sin fines de lucro que brindan un análisis independiente y objetivoy asesoramiento a la nación para resolver problemas complejos e informar las decisiones de política pública relacionadas con la ciencia, la tecnología y la medicina. Las Academias Nacionales operan bajo una carta del Congreso de 1863 a la Academia Nacional de Ciencias, firmada por el Presidente Lincoln. Para más información, visite http://national-academies.org .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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