Rusia está encendiendo un láser gigante para probar sus armas nucleares

Andy Extancia

En la ciudad cerrada de Sarov, aproximadamente a 350 kilómetros al este de Moscú, los científicos están ocupados trabajando en un proyecto para ayudar a mantener las armas nucleares de Rusia operativas en el futuro. Dentro de una enorme instalación, de 10 pisos de altura y que cubre el área de dos campos de fútbol, ​​están construyendo lo que se conoce oficialmente como UFL-2M o, como lo han apodado los medios rusos, el "Tsar Laser". Si se completa, será el láser de mayor energía del mundo.

Los láseres de alta energía pueden concentrar energía en grupos de átomos, aumentando la temperatura y la presión para iniciar reacciones nucleares. Los científicos pueden usarlos para simular lo que sucede cuando detona una ojiva nuclear. Al crear explosiones en pequeñas muestras de material, ya sea muestras de investigación o pequeñas cantidades de armas nucleares existentes, los científicos pueden calcular cómo es probable que funcione una bomba en toda regla. Con una ojiva vieja, pueden comprobar que todavía funciona según lo previsto. Los experimentos con láser permiten realizar pruebas sin dejar que se dispare una bomba nuclear. "Es una inversión sustancial de los rusos en sus armas nucleares", dice Jeffrey Lewis, investigador de no proliferación nuclear en el Instituto de Estudios Internacionales de Middlebury en California.

Hasta ahora, Rusia ha sido la única entre las potencias nucleares mejor establecidas que no tiene un láser de alta energía. Estados Unidos tiene su Instalación Nacional de Ignición (NIF), actualmente el sistema láser más energético del mundo. Sus 192 haces separados se combinan para entregar 1,8 megajulios de energía. Visto de una manera, un megajulio no es una cantidad enorme: equivale a 240 calorías de alimentos, similar a una comida ligera. Pero concentrar esta energía en un área diminuta puede generar temperaturas y presiones muy altas. Mientras tanto, Francia tiene su Laser Megajoule, con 80 rayos que actualmente entregan 350 kilojulios, aunque apunta a tener 176 rayos que entregan 1,3 megajulios para 2026. El láser Orion del Reino Unido produce 5 kilojulios de energía; Láser SG-III de China, 180 kilojulios.

Si se completa, el Tsar Laser los superará a todos. Al igual que el NIF, debe tener 192 haces, pero con una salida combinada superior de 2,8 megajulios. Actualmente, sin embargo, solo se ha lanzado su primera etapa. En una reunión de la Academia de Ciencias de Rusia en diciembre de 2022, un funcionario reveló que el láser cuenta con 64 haces en su estado actual. Su producción total es de 128 kilojulios, el 6 por ciento de la capacidad final prevista. El próximo paso sería probarlos, dijo el funcionario.

Cuando se trata de construir láseres para provocar reacciones nucleares, "cuanto más grandes, mejor", dice Stefano Atzeni, físico de la Universidad de Roma, Italia. Las instalaciones más grandes pueden producir energías más altas, lo que significa que los materiales pueden estar sujetos a temperaturas o presiones más altas, o que se pueden probar volúmenes más grandes de materiales. Ampliar los límites de los experimentos ofrece potencialmente a los investigadores nucleares datos más útiles.

En los experimentos, estos láseres hacen estallar sus materiales objetivo en un estado de materia de alta energía conocido como plasma. En los gases, los sólidos y los líquidos, los electrones suelen estar encerrados en los núcleos de sus átomos, pero en el plasma vagan libremente. Los plasmas arrojan radiación electromagnética, como destellos de luz y rayos X, y partículas como electrones y neutrones. Por lo tanto, los láseres también necesitan equipos de detección que puedan registrar cuándo y dónde ocurren estos eventos. Estas medidas luego permiten a los científicos extrapolar cómo podría comportarse una ojiva completa.

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Hasta ahora, la falta de un láser de este tipo en Rusia no ha sido una gran desventaja para garantizar el funcionamiento de sus armas. Eso se debe a que Rusia está comprometida con la reconstrucción continua de "pozos" de plutonio, los núcleos explosivos que se encuentran en muchas armas nucleares, llamados así por los centros duros de frutas como los melocotones. Si puede reemplazar fácilmente los pozos de explosivos viejos por otros nuevos, hay menos necesidad de usar láseres para verificar cuánto se han degradado a lo largo de los años. "En EE. UU., también estaríamos refabricando nuestras armas nucleares, excepto que no tenemos la capacidad para producir un gran número de pozos", dice Lewis. La instalación de producción más grande de EE. UU., en Rocky Flats, Colorado, cerró en 1992.

Los investigadores han utilizado láseres en pruebas de armas nucleares desde al menos la década de 1970. Al principio los combinaron con pruebas subterráneas de armas reales, usando datos de ambos para construir modelos teóricos de cómo se comporta el plasma. Pero después de que EE. UU. dejara de probar armas nucleares en vivo en 1992 mientras buscaba un acuerdo sobre el Tratado de Prohibición Completa de Pruebas Nucleares, cambió a una "administración de arsenales basada en la ciencia", es decir, utilizando simulaciones de supercomputadoras de ojivas que detonan para evaluar su seguridad y confiabilidad. .

Pero EE. UU. y otros países que siguieron este enfoque aún necesitaban probar físicamente algunos materiales nucleares, con láser, para garantizar que sus modelos y simulaciones coincidieran con la realidad y que sus armas nucleares se mantuvieran. Y todavía necesitan hacer esto hoy.

Estos sistemas no son perfectos. "Los modelos que usan para predecir el comportamiento de las armas no son completamente predictivos", dice Atzeni. Hay varias razones por las cuales. Una es que es extremadamente difícil simular plasmas. Otra es que el plutonio es un metal raro, diferente a cualquier otro elemento. Inusualmente, a medida que se calienta, el plutonio cambia a través de seis formas sólidas antes de derretirse. En cada forma, sus átomos ocupan un volumen muy diferente al de la anterior.

Sin embargo, además de detonar bombas, los experimentos con láser ofrecen la mejor manera de predecir cómo funcionarán las armas nucleares. EE. UU. completó el NIF en 2009 y comenzó a enfocar sus rayos en objetivos de plutonio delgados, del tamaño de una semilla de amapola, en 2015. Eso permitió a los científicos comprender lo que estaba sucediendo dentro de un arma mejor que nunca.

Los experimentos con láser también pueden mostrar cómo los materiales ubicados cerca de los pozos radiactivos en las ojivas se degradan y reaccionan durante sus muchos años de vida. La información de los experimentos también puede ayudar a revelar cómo funcionan estos materiales en las temperaturas y presiones extremas de una detonación nuclear. Dichos experimentos son "indispensables" para el diseño y la ingeniería de componentes de armas nucleares, dice Vladimir Tikhonchuk, profesor emérito del Centro de Láseres Intensos y Aplicaciones de la Universidad de Burdeos, Francia.

Tikhonchuk ha estado siguiendo el progreso del Tsar Laser desde que lo vio presentado en una conferencia en 2013, un año después de su anuncio original. Habló por última vez con científicos de Sarov en una escuela de verano en las cercanías de Nizhny Novgorod en 2019. Es escéptico de que Rusia complete el láser.

Rusia ciertamente tiene el pedigrí científico. Tiene experiencia como socio en la construcción de grandes instalaciones científicas, como el reactor de fusión nuclear experimental ITER de miles de millones de dólares en Cadarache, Francia, señala Tikhonchuk. Rusia también contribuyó con componentes para dos instalaciones en Alemania, el Láser de electrones libres de rayos X europeo en Hamburgo y la Instalación para la investigación de iones y antiprotones en Darmstadt. Y los científicos del Instituto de Física Aplicada de Rusia desarrollaron la tecnología de crecimiento rápido de cristales utilizada en las lentes del NIF y "en la construcción de todos los grandes láseres", dice Tikhonchuk.

Pero Tikhonchuk cree que Rusia tendrá dificultades ahora porque ha perdido gran parte de la experiencia necesaria y los científicos se están mudando al extranjero. Señala que los conjuntos de rayos del Tsar Laser son muy grandes, de 40 centímetros de ancho, lo que plantea un desafío importante para fabricar sus lentes. Cuanto más grande sea la lente, mayor será la probabilidad de que haya un defecto en ella. Los defectos pueden concentrar energía, calentar y dañar o destruir las lentes.

El hecho de que Rusia esté desarrollando el Tsar Laser indica que quiere mantener su arsenal nuclear, dice Lewis. "Es una señal de que planean que estas cosas estén presentes durante mucho tiempo, lo cual no es bueno". Pero si se completa el láser, ve un rayo de esperanza en el movimiento de Rusia. “Estoy bastante preocupado de que Estados Unidos, Rusia y China vayan a reanudar las pruebas con explosivos”. La inversión de Tsar Laser podría mostrar, en cambio, que Rusia cree que ya tiene suficientes datos de pruebas nucleares explosivas, dice.

WIRED se acercó a NIF y ROSATOM, la Corporación Estatal de Energía Atómica de Rusia, para esta historia, pero no hicieron comentarios.