Acelerador de sobremesa: Las microboquillas y los láseres sustituirán a los aceleradores gigantes

Energía

Equipo Editorial del Sitio Web de Innovación Tecnológica - 26/06/2025

Una barra de hidrógeno sólido está incrustada en una microboquilla de aluminio, que canaliza y enfoca el flujo de plasma para optimizar la aceleración de protones. [Imagen: Masakatsu Murakami]

Acelerador de microboquillas

Haces de partículas con energías en el rango de gigaelectronvoltios (GeV), que actualmente se consideran alcanzables sólo con grandes aceleradores de partículas, podrían generarse pronto en configuraciones compactas, lo que no sólo haría que la técnica fuera mucho más barata de usar, sino que también allanaría el camino para su uso en aplicaciones más pequeñas.

Masakatsu Murakami y sus colegas de la Universidad de Osaka en Japón han desarrollado un nuevo concepto al que llaman aceleración de microboquillas.

Al diseñar un microobjetivo con características pequeñas (similar a la boquilla de inyección de combustible de un automóvil) e irradiarlo con pulsos láser muy intensos pero también muy rápidos, el equipo desarrolló una nueva forma de generar haces de protones de clase GeV de alta calidad: una primicia mundial.

A diferencia de los métodos tradicionales de aceleración basados ​​en láser, que utilizan objetivos planos y alcanzan límites de energía por debajo de los 100 megaelectronvoltios (MeV) (1 GeV = 1000 MeV), la estructura de microboquilla permite lograr una aceleración sostenida y gradual de protones dentro de un campo eléctrico cuasiestático creado dentro del objetivo.

Las simulaciones numéricas demuestran que el nuevo mecanismo permitirá que las energías de los protones superen 1 GeV, con una excelente calidad y estabilidad del haz.

La aceleración por microboquilla utiliza una diminuta boquilla que alberga una varilla de hidrógeno sólido (varilla H), ubicada con precisión cerca del cuello de la boquilla para maximizar la producción de protones. Actuando como una "lente de potencia", la microboquilla enfoca la energía láser incidente sobre la varilla H, lo que permite una deposición de energía eficiente y localizada. [Imagen: M. Murakami et al. - 10.1038/s41598-025-03385-x]

Vale la pena probarlo

Con el proyecto listo y demostrado matemáticamente, ahora los experimentales e ingenieros tendrán que ponerse manos a la obra para demostrar que el proyecto funciona en la práctica.

Esto se verá facilitado en gran medida por el tamaño compacto del nuevo acelerador, en comparación con los aceleradores gigantescos, cuyo diseño y construcción lleva décadas.

Y valdrá la pena probarlo, ya que los aceleradores de protones de alta energía tienen aplicaciones más allá de la física fundamental, incluidos reactores de fusión nuclear basados ​​en láser y sistemas más compactos y precisos para la terapia del cáncer.

«Este descubrimiento abre una nueva puerta a la aceleración de partículas compactas y de alta eficiencia», afirmó Murakami. «Creemos que este método tiene el potencial de revolucionar áreas como la energía de fusión láser , la radioterapia avanzada e incluso la astrofísica a escala de laboratorio».

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