Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas - Universidad de ...
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Mayo, 2012<br />
<strong>Láseres</strong>,<br />
<strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong><br />
A. Re<strong>que</strong>na<br />
Dto Quimica Fisica<br />
Facultad <strong>de</strong> Quimica<br />
<strong>Universidad</strong> <strong>de</strong> Murcia
Dispositivo y herramienta<br />
Dispositivo<br />
Herramienta<br />
El or<strong>de</strong>nador como herramienta<br />
máquina <strong>de</strong> Turing<br />
Gö<strong>de</strong>l e incimpletitud : computabilidad<br />
algoritmo<br />
pasos simples: máquina <strong>de</strong> Turing<br />
UN ORDENADOR EMULA A CUALQUIER<br />
OTRA MAQUINA<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
Láser es un acrónimo <strong>de</strong> Light Amplification by<br />
Stimu<strong>la</strong>ted Emission of Radiation.<br />
En castel<strong>la</strong>no: amplificación <strong>de</strong> <strong>luz</strong> por emisión<br />
estimu<strong>la</strong>da <strong>de</strong> radiación.<br />
EMISIÓN ESTIMULADA: 1916, EINSTEIN<br />
DISPOSITIVO: 1960, MAIMAN rubí<br />
Un dispositivo en busca <strong>de</strong> un problema<br />
TRIUNFO DE LAS IDEAS<br />
LASER<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
APLICACIONES LASER<br />
MEDICINA<br />
ATAQUE A LA LESIÓN SIN DAÑOS A TEJIDOS CERCANOS: CORTAR<br />
Y CAUTERIZAR TEJIDOS. REPARAR LESIONES Y CAUTERIZAR<br />
VASOS SANGUÍNEOS<br />
ESTERILIZACIÒN POR NO EMPLEAR MATERIAL QUIRÚRGICO.<br />
PERFORAR CRÁNEO<br />
DERMATOLOGÍA: DEFECTOS DE LA PIEL CON ANESTESIA LOCAL<br />
OFTALMOLOGÍA:<br />
EXCÍMERO: ELIMINAN CAPAS SUBMICROMÉTRICAS DE LA CORNEA, MODIFICAN CURVATURA<br />
OJO TRANSPARENTE A LUZ ENTRE 0.38 Y 1.4 MICRAS. A MENOR ABSORBE EL CRISTALINO<br />
Y LA CÓRNEA, Y A MAYOR ABSORBE EL AGUA<br />
DESPRENDIMIENTO DE RETINA ; SOLDAR RETINA<br />
TERAPIA FOTODINAMICA (MÁS ADELANTE)<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
COMPUTACIÓN<br />
LECTURA DE CÓDIGO DE BARRAS<br />
ALMACENAMIENTO ÓPTICO<br />
APLICACIONES LASER<br />
LECTURA/GRABACIÓN DIGITAL: CD (LÁSER ROJO) Y DVD (AZUL)<br />
FOTOCOPIADORAS O IMPRESORAS LÁSER<br />
COMUNICACIONES MEDIANTE FIBRA ÓPTICA: POR SU<br />
ALTA FRECUENCIA PUEDE TRANSPORTAR 1000<br />
VECES MÁS CANALES DE TELEVISIÒN QUE <br />
COMPUTACIÓN CUÁNTICA U ÓPTICA<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
COMUNICACIÓN<br />
APLICACIONES LASER<br />
Un rayo láser pue<strong>de</strong> viajar gran<strong>de</strong>s distancias con una pe<strong>que</strong>ña reducción <strong>de</strong> <strong>la</strong> intensidad<br />
<strong>de</strong> <strong>la</strong> señal y <strong>de</strong>bido a su alta frecuencia pue<strong>de</strong> transportar 1.000 veces más información<br />
<strong>que</strong> <strong>la</strong>s microondas, por lo <strong>que</strong> son idóneos para ser utilizados como medio<br />
<strong>de</strong> comunicación en el espacio.<br />
MEDICIÓN DE DISTANCIAS<br />
La medición <strong>de</strong> distancias con alta velocidad y precisión es otra <strong>de</strong> <strong>la</strong>s aplicaciones d<br />
el láser a <strong>la</strong> rama militar inmediatamente <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> <strong>que</strong> se inventara el láser, para<br />
el <strong>la</strong>nzamiento <strong>de</strong> artillería o para el cálculo <strong>de</strong> <strong>la</strong> distancia entre <strong>la</strong> Luna<br />
y <strong>la</strong> Tierra (384.403 Km.), con una exactitud <strong>de</strong> tan sólo 1 milímetro.<br />
También es utilizado en el seguimiento <strong>de</strong> un b<strong>la</strong>nco en movimiento al<br />
viajar el haz a <strong>la</strong> velocidad <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>luz</strong>.<br />
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HOLOGRAFÍA<br />
APLICACIONES LASER<br />
Un holograma es un objeto bidimensional <strong>que</strong> codifica toda <strong>la</strong><br />
información <strong>que</strong> <strong>de</strong>scribe <strong>la</strong> imagen tridimensional.<br />
COMO UNA FOTOGRAFIA SE REGISTRA LA INTERFERENCIA.<br />
LAS ZONAS KMÁS EXPUESTAS, TRANSPARENTES<br />
SI SE ILUMNA LA PLACA SE GENERAN LAS ONDAS QUE LA CREARON<br />
LA MONOCROMATICIDAD GARANTIZA UNA BUENA INTERFERENCIA: 3D<br />
ALTA DENSIDAD DE GRABACIÓN DE INFORMACIÓN: SIMPLIFICA EL REGISTRO DE LOS<br />
HOLOGRAMAS Y CON FACILIDAD SE RECONTRUYEN LAS IMÁGENES TRIDIMENTIONALES<br />
EL UNIVERSO HOLOGRÁFICO COMO ALTERNATIVA LO PONE DE ACTUALIDAD<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
HOLOGRAFÍA<br />
APLICACIONES LASER<br />
SE REGISTRA LA INTERFERENCIA. LAS ZONAS MÁS<br />
EXPUESTAS, TRANSPARENTES. CADA PUNTO AÑADE SUS ZONAS<br />
CLARAS Y OSCURAS.. SI ESTÁ MÁS LEJOS SE VERÁ MÁS LEJOS<br />
SI SE ILUMNA LA PLACA SE GENERAN LAS ONDAS QUE LA<br />
CREARON<br />
LA MONOCROMATICIDAD GARANTIZA UNA BUENA<br />
INTERFERENCIA: 3D<br />
ALTA DENSIDAD DE GRABACIÓN DE INFORMACIÓN: SIMPLIFICA<br />
EL REGISTRO DE LOS HOLOGRAMAS Y CON FACILIDAD SE<br />
RECONTRUYEN LAS IMÁGENES 3D<br />
EL UNIVERSO HOLOGRÁFICO COMO ALTERNATIVA LO PONE DE<br />
ACTUALIDAD<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
UNIVERSO HOLOGRAFÍCO<br />
APLICACIONES LASER<br />
EL UNIVERSO: UN INME3NSO HIOLOGRAMA<br />
De los agujeros negros: limites <strong>de</strong> <strong>la</strong> información <strong>que</strong> cabe en un espacio.<br />
Los límites <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> <strong>la</strong> materia y <strong>la</strong> energÍa <strong>que</strong> encierra. CLAVE:……<br />
SHANON CUANTIFICÓ LOA INFORMACIÓN CONTENIDA EN UN MENSAJE:<br />
FORMULA SIMILAR, CONCEPTUALMENTE EQUIVALENTES.<br />
HAWKING: CUANDO SE FUSIONAN DOS AGUJEROS, NO SE MODIFICA EL<br />
ÁREA, PERO EMITEN LA ENERGÍA DE HAWKING; SE DETERMINÓ LA<br />
PROPORCIÓN ENTRE EL ÁREA Y LA ENTROPÍA: ES LA CUARTA PARTE<br />
DEL ÁREA DEL AGUJERO, MEDIDA EN ÁREAS DE PLANCK (10 -66 CM ) )<br />
Es como si <strong>la</strong> entropía, en cuanto medida <strong>de</strong> información, estuviese<br />
escrita sobre el horizonte <strong>de</strong> sucesos, <strong>de</strong> suerte <strong>que</strong> cada bit ( cada 0 ó 1<br />
<strong>de</strong> <strong>la</strong> codificación digital) correspondiera a 4 áreas <strong>de</strong> P<strong>la</strong>nck.<br />
Nuestro Universo tridimensional podría estar codificado en una superficie<br />
q <strong>que</strong> lo contiene, como una especie <strong>de</strong> inmenso holograma.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
INGENIERIA-<br />
INDUSTRIA<br />
APLICACIONES LASER<br />
Realizar Soldaduras.<br />
Tratamientos superficiales como:<br />
- Endurecimiento o temple.<br />
- Aleación superficial.<br />
- Recubrimiento superficial.<br />
- Fusión superficial.<br />
Corte mediante el láser.<br />
Ta<strong>la</strong>drado y punzonado.<br />
Marcado mediante láser. ROBÓTICA<br />
Materiales susceptibles<br />
<strong>de</strong> ser tratados mediante láser<br />
Metálicos No Metálicos<br />
Aceros al carbono Polímeros<br />
Aceros inoxidables Cerámicos<br />
Aceros <strong>de</strong> herramientas Ma<strong>de</strong>ra<br />
Fundiciones Vidrio<br />
Aleaciones ligeras Caucho<br />
Aleaciones <strong>de</strong> cobre Cuero<br />
Aleaciones <strong>de</strong> titanio Corcho<br />
CALENTAR, FUNDIR, VAPORIZAR MATERIALES, TALADRAR DIAMANTES, MODELAR<br />
MÁQUINAS HERRAMIENTA, RECORTAR COMPONENTES MICROELECTRÓNICOS,<br />
GRABAR CHIPS SEMICONDUCTORES, CORTAR PATRONES, SINTETIZAR NUEVOS<br />
MATERIALES, FOTOGRAFIAS DE ALTA VELOCIDAD, CON EXPOSICIÓN DE<br />
BILLONÉSIMAS DE SEGUNDO, INDUCIR LA FUSIÓN NUCLEAR CONTROLADA<br />
ALIN ALINEAMIENTO EN CONSTRUCCIÓN E INGENIERIA CIVIL.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
APLICACIONES LASER<br />
Aplicación Fuente Técnica Características obtenibles<br />
Aleación 5 kW CO2<br />
Corte 0,4, 0,8 y 1,2 kW<br />
Nd-Yag<br />
CO2<br />
Marcado 0,4 KW Nd-Yag<br />
Recubrimiento 5kW CO2<br />
Refusión 5kW CO2<br />
Soldadura Todas<br />
Nd-Yag<br />
CO2<br />
Ta<strong>la</strong>drado 0,4 KW Nd-Yag<br />
Temple 5kW CO2<br />
Profundidad máxima: 0,5mm.<br />
Buenas características en capa.<br />
Dilución típica 20%<br />
Espesor: <strong>de</strong> 0,5 a 0,8 mm.<br />
Tolerancia +/-0,05 mm a +/-0,1 mm<br />
Capacidad: 325 mm2/min.<br />
Profundidad máxima: 0,04 mm<br />
Alta <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> capas y mínima<br />
dilución en sustrato. Espesores <strong>de</strong><br />
capas hasta 2 mm.<br />
Penetración máxima: 0,5 mm. Baja<br />
<strong>de</strong>formación. Alto rango <strong>de</strong> dureza<br />
Penetración máxima: 10 mm. Baja<br />
<strong>de</strong>formación<br />
Diámetros <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 0,075 mm.<br />
Penetración máxima: 13 mm<br />
Penetración máxima: 2 mm. Baja<br />
<strong>de</strong>formación. Alto rango <strong>de</strong> dureza.<br />
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MECANIZADO<br />
APLICACIONES LASER<br />
SOLDADURA EN INTERIORES<br />
SOLDADURA EN ESQUINAS Y BORDES<br />
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FUSIÓN CONTROLADA<br />
APLICACIONES LASER<br />
EQUIVALENCIA ENTRE MASA Y ENERGÍA: E = m c 2 (Einstein 1905)<br />
Un reacción con diferencia <strong>de</strong> masa , libera energía<br />
FISIÓN NUCLEAR: ELEMENTO PESADO SE TRANSFORMA EN LIGERO<br />
BOMBA DE HIDRÓGENO (OCTUBRE 1952): FUSIÓN NUCLEAR,<br />
NÚCLEOS LIGEROS SE TRANSOFRMAN EN UNO PESADO (SOL Y<br />
ESTRELLAS)<br />
Los núcleos son partícu<strong>la</strong>s cargadas positivamente, hay una<br />
fuerza electrostática repulsiva entre ellos. Está c<strong>la</strong>ro <strong>que</strong> los<br />
mejores materiales para <strong>la</strong> fusión nuclear son a<strong>que</strong>llos <strong>que</strong> sólo<br />
tienen una carga positiva en el núcleo, lo cuál sugiere <strong>que</strong> éstos son<br />
los isótopos <strong>de</strong> Hidrógeno.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
FUSIÓN CONTROLADA<br />
APLICACIONES LASER<br />
Deuterio - Isótopo <strong>de</strong> Hidrógeno <strong>que</strong> contiene un protón y un neutrón en el núcleo.<br />
Por cada 6,500 átomos <strong>de</strong> Hidrógeno hay un átomo <strong>de</strong> Deuterio (0.015%).<br />
Se estima <strong>que</strong> <strong>la</strong> cantidad total <strong>de</strong> Deuterio en <strong>la</strong> Tierra es <strong>de</strong> 10 16 Kg, lo cuál pue<strong>de</strong> abastecer<br />
<strong>de</strong> energía a toda <strong>la</strong> pob<strong>la</strong>ción durante miles <strong>de</strong> millones <strong>de</strong> años.<br />
El material más común en <strong>la</strong> naturaleza <strong>que</strong> contiene hidrógeno es el agua (H 2 O).<br />
La distribución <strong>de</strong>l agua en <strong>la</strong> Tierra hace <strong>que</strong> el Deuterio esté disponible en cualquier sitio.<br />
Comparando con <strong>la</strong> enorme cantidad <strong>de</strong> energía <strong>que</strong> se libera <strong>de</strong> cada reacción <strong>de</strong> fusión, es<br />
re<strong>la</strong>tívamente barato extraer Deuterio <strong>de</strong>l agua.<br />
No hay problemas ecológicos con <strong>la</strong> producción <strong>de</strong> Deuterio comparado con <strong>la</strong> <strong>de</strong> petróleo o<br />
carbón.<br />
Tritio - Isótopo <strong>de</strong> Hidrógeno <strong>que</strong> contiene un protón y dos neutrones en el núcleo.<br />
No se encuentra en <strong>la</strong> naturaleza.<br />
Material radiactivo con tiempo <strong>de</strong> vida <strong>de</strong> 12.3 años.<br />
Se produce mediante reacciones nucleares como con el bombar<strong>de</strong>o <strong>de</strong> Litio con neutrones :<br />
6 Li + n ==> T + 4 He + 4.8 MeV<br />
7 Li + n ==> T + 4 He + 2.5 MeV<br />
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FUSIÓN CONTROLADA<br />
APLICACIONES LASER<br />
Condiciones Óptimas <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> un Reactor <strong>de</strong> fusión Nuclear Contro<strong>la</strong>da :<br />
Disponer <strong>de</strong> materias primas <strong>que</strong> puedan ser extraídas fácilmente.<br />
Alta probabilidad <strong>de</strong> <strong>que</strong> ocurra <strong>la</strong> reacción.<br />
Gran cantidad <strong>de</strong> energía liberada por reacción.<br />
Seguridad <strong>de</strong>l proceso <strong>de</strong> producción.<br />
Ausencia <strong>de</strong> problemas ecológicos con los productos <strong>de</strong>l proceso.<br />
Ya <strong>que</strong> el reactor <strong>de</strong> fusión nuclear contro<strong>la</strong>da pue<strong>de</strong> solucionar los problemas energéticos <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
humanidad, es obvio por qué se haya invertido una enorme cantidad <strong>de</strong> dinero en <strong>la</strong><br />
investigación para conseguir este objetivo.<br />
La energía <strong>de</strong> este proceso es re<strong>la</strong>tivamente limpia, y <strong>la</strong> materia prima está disponible en<br />
cualquier sitio.<br />
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FUSIÓN CONTROLADA<br />
APLICACIONES LASER<br />
El Gran Reto <strong>de</strong> <strong>la</strong> Creación <strong>de</strong> un Reactor <strong>de</strong> Fusión Nuclear Contro<strong>la</strong>da<br />
Ya <strong>que</strong> los núcleos en <strong>la</strong> reacción <strong>de</strong> fusión están cargados positívamente, hay repulsión<br />
electrostática entre ellos (<strong>de</strong> acuerdo con <strong>la</strong> Ley <strong>de</strong> Coulomb).<br />
Para producir una reacción <strong>de</strong> fusión, los dos núcleos han <strong>de</strong> estar muy próximos entre ellos.<br />
La manera más simple <strong>de</strong> vencer <strong>la</strong> repulsión electrostática entre los núcleos, es proporcionarles<br />
una alta energía cinética (velocidad), <strong>de</strong> modo <strong>que</strong> pueda producirse una colisión entre ellos.<br />
En el <strong>la</strong>boratorio han sido probadas muchas reacciones <strong>de</strong> fusión con propósitos <strong>de</strong><br />
investigación, utilizando gran<strong>de</strong>s aceleradores <strong>de</strong> partícu<strong>la</strong>s.<br />
Los problemas <strong>de</strong>rivados <strong>de</strong>l uso <strong>de</strong> gran<strong>de</strong>s aceleradores <strong>de</strong> partícu<strong>la</strong>s son :<br />
La gran cantidad <strong>de</strong> energía <strong>que</strong> necesita el acelerador.<br />
El rendimiento muy bajo <strong>de</strong>l proceso.<br />
Para producir energía útil, el proceso <strong>de</strong> producción ha <strong>de</strong> tener ganancia<br />
Es imposible ganar energía utilizando aceleradores <strong>de</strong> partícu<strong>la</strong>s.<br />
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FUSIÓN CONTROLADA<br />
Fusión Termonuclear<br />
APLICACIONES LASER<br />
La forma <strong>que</strong> hace posible <strong>que</strong> <strong>la</strong>s partícu<strong>la</strong>s se muevan con alta energía cinética es<br />
aumentando <strong>la</strong> temperatura.<br />
Conociendo <strong>la</strong> carga <strong>de</strong> <strong>la</strong>s partícu<strong>la</strong>s, pue<strong>de</strong> calcu<strong>la</strong>rse <strong>la</strong> cantidad <strong>de</strong> energía <strong>que</strong> se necesita<br />
para vencer <strong>la</strong> repulsión electrostática entre el<strong>la</strong>s.<br />
Calcu<strong>la</strong>ndo <strong>la</strong> cantidad <strong>de</strong> energía necesaria para comunicar esta energía a <strong>la</strong>s partícu<strong>la</strong>s, se<br />
obtiene <strong>que</strong> una reacción <strong>de</strong> fusión termonuclear pue<strong>de</strong> ocurrir alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 100<br />
milones <strong>de</strong> grados Celsius.<br />
Esta temperatura tan elevada existe <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l sol (y otras estrel<strong>la</strong>s), y éste es el proceso <strong>que</strong><br />
produce <strong>la</strong> energía <strong>que</strong> recibimos <strong>de</strong>l sol.<br />
A tan altas temperaturas, los átomos se separan en núcleos cargados positivamente y en<br />
electrones libres . Esta nube <strong>de</strong> partícu<strong>la</strong>s cargadas es l<strong>la</strong>mada P<strong>la</strong>sma.<br />
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APLICACIONES LASER<br />
FUSIÓN CONTROLADA<br />
P<strong>la</strong>sma<br />
El P<strong>la</strong>sma es un estado <strong>de</strong> <strong>la</strong> materia en el cuál los núcleos están separados <strong>de</strong> sus electrones,<br />
y forman una nube <strong>de</strong> partícu<strong>la</strong>s ionizadas en un lugar específico.<br />
Para el exterior <strong>la</strong> nube es eléctricamente neutra, ya <strong>que</strong> el número <strong>de</strong> cargas positivas es el<br />
mismo <strong>que</strong> el <strong>de</strong> cargas negativas.<br />
Una propiedad especial <strong>de</strong>l p<strong>la</strong>sma es <strong>la</strong> pérdida <strong>de</strong> energía como radiación<br />
electromagnética , <strong>de</strong>bido a <strong>que</strong> los electrones son <strong>de</strong>celerados por los campos eléctricos <strong>de</strong><br />
<strong>la</strong>s cargas <strong>de</strong> los núcleos.<br />
Esta radiación es l<strong>la</strong>mada " Bremsstrahlung", y es emitida al exterior por el p<strong>la</strong>sma.<br />
A temperaturas <strong>de</strong> hasta cientos <strong>de</strong> miles <strong>de</strong> grados, <strong>la</strong> velocidad con <strong>la</strong> <strong>que</strong> el p<strong>la</strong>sma pier<strong>de</strong><br />
energía por radiación, es mayor <strong>que</strong> <strong>la</strong> velocidad <strong>de</strong> fusión termonuclear. Cuando <strong>la</strong> temperatura<br />
aumenta bastante más, <strong>la</strong> velocidad <strong>de</strong> <strong>la</strong>s reacciones <strong>de</strong> fusión aumenta más rápidamente <strong>que</strong><br />
<strong>la</strong> <strong>de</strong> pérdida <strong>de</strong> energía por radiación.<br />
La temperatura a <strong>la</strong> cuál <strong>la</strong> producción <strong>de</strong> energía es igual a <strong>la</strong> pérdida se <strong>de</strong>nomina "<br />
temperatura <strong>de</strong> Ignición" <strong>de</strong>l p<strong>la</strong>sma (se asume <strong>que</strong> el p<strong>la</strong>sma es i<strong>de</strong>al, en el cuál el único<br />
mecanismo <strong>de</strong> pérdida <strong>de</strong> energía es <strong>la</strong> radiación Bremsstrahlung.<br />
La temperatura <strong>de</strong> Ignición es <strong>la</strong> mínima temperatura a <strong>la</strong> cuál el p<strong>la</strong>sma pue<strong>de</strong> suministrar<br />
él mismo <strong>la</strong> energía para mantener esta temperatura.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
APLICACIONES LASER<br />
Parámetros <strong>de</strong> Confinamiento <strong>de</strong>l p<strong>la</strong>sma<br />
FUSIÓN CONTROLADA<br />
Si se quiere producir energía <strong>de</strong>l p<strong>la</strong>sma, <strong>la</strong> velocidad a <strong>la</strong> cuál <strong>la</strong> energía es liberada ha <strong>de</strong> ser<br />
mayor <strong>que</strong> <strong>la</strong> velocidad <strong>de</strong> suministro <strong>de</strong> enegía (<strong>la</strong> diferencia entre el<strong>la</strong>s es <strong>la</strong> energía<br />
producida).<br />
Los cálculos teóricos sobre el p<strong>la</strong>sma <strong>de</strong> Deuterio y Tritio, muestran <strong>que</strong> a cierta <strong>de</strong>nsidad, los<br />
materiales han <strong>de</strong> ser confinados un periodo <strong>de</strong> tiempo específico, <strong>de</strong> modo <strong>que</strong> el producto <strong>de</strong><br />
su <strong>de</strong>nsidad y el tiempo sea mayor <strong>que</strong> 10 14 [seg/cm 3 ].<br />
Este criterio es l<strong>la</strong>mado criterio <strong>de</strong> Lawson o criterio <strong>de</strong> confinamiento <strong>de</strong>l p<strong>la</strong>sma, y<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> mucho <strong>de</strong> <strong>la</strong> temperatura.<br />
El principal problema para conseguir contro<strong>la</strong>r <strong>la</strong> reacción <strong>de</strong> fusión nuclear es encontrar un<br />
método <strong>de</strong> confinamiento <strong>de</strong>l p<strong>la</strong>sma, ya <strong>que</strong> ningún recipiente pue<strong>de</strong> aguantar temperaturas<br />
tan enormes.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
APLICACIONES LASER<br />
Confinamiento Inercial <strong>de</strong> P<strong>la</strong>smas Utilizando <strong>Láseres</strong><br />
FUSIÓN CONTROLADA<br />
El criterio <strong>de</strong> Lawson , <strong>que</strong> <strong>de</strong>termina <strong>la</strong>s condiciones para <strong>la</strong> fusión nuclear es el producto<br />
<strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>de</strong>nsidad y el tiempo. Si se aumenta <strong>la</strong> <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> <strong>la</strong> materia, se reduce el tiempo<br />
re<strong>que</strong>rido para obtener el p<strong>la</strong>sma en una región específica <strong>de</strong>l espacio.<br />
La i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> <strong>la</strong> fusión por confinamiento inercial, es comprimir una pe<strong>que</strong>ña cantidad <strong>de</strong> Deuterio<br />
y Tritio hasta conseguir una <strong>de</strong>nsidad muy alta en un tiempo muy corto.<br />
Los cálculos muestran <strong>que</strong> una pe<strong>que</strong>ña bo<strong>la</strong>, <strong>que</strong> contenga Deuterio y Tritio a presión<br />
atmosférica, <strong>de</strong>bería ser <strong>de</strong> alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 1 [mm] <strong>de</strong> diámetro.<br />
A presión atmosférica, el tiempo <strong>de</strong> confinamiento <strong>de</strong>l p<strong>la</strong>sma es <strong>de</strong> 10 -8 [seg]. Si<br />
pue<strong>de</strong> mantenerse el p<strong>la</strong>sma este tiempo, pue<strong>de</strong> obtenerse más energía <strong>de</strong> <strong>la</strong>s reacciones <strong>de</strong><br />
fusión, <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>que</strong> se ha suministrado. El problema es <strong>que</strong> a presión atmosférica el p<strong>la</strong>sma se<br />
expan<strong>de</strong> rápidamente, <strong>de</strong> modo <strong>que</strong> <strong>la</strong> <strong>de</strong>nsidad se reduce y el proceso es imposible <strong>de</strong> llevar a<br />
cabo. En el otro extremo, a una presión 10,000 veces <strong>la</strong> atmosférica, el tiempo<br />
re<strong>que</strong>rido para <strong>la</strong> fusión es <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 10 -12 [seg], según el criterio <strong>de</strong> Lawson.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
APLICACIONES LASER<br />
Alta temperatura <strong>de</strong>l p<strong>la</strong>sma - <strong>de</strong> modo <strong>que</strong> los núcleos <strong>de</strong> Deuterio y <strong>de</strong> Tritio<br />
energía cinética suficiente para vencer <strong>la</strong> repulsión<br />
.<br />
2*10 8 [ 0 K].<br />
7 - 10 8 [ 0 K].<br />
Alta <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> partícu<strong>la</strong>s (n).La <strong>de</strong>nsidad es el número <strong>de</strong> partícu<strong>la</strong>s<br />
FUSIÓN CONTROLADA<br />
Largo tiempo <strong>de</strong> confinamiento (t).<br />
t hacen <strong>que</strong> t tenga <strong>que</strong> ser suficientemente alto<br />
criterio <strong>de</strong> Lawson :<br />
n*t>10 14 [s/cm 3 ]<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
APLICACIONES LASER<br />
Temperaturas Umbrales para <strong>la</strong> Fusión Nuclear Contro<strong>la</strong>da :<br />
Temperatura Umbral [KeV]<br />
D + T ==> 4 He + n + 17.6 [MeV] 4<br />
D + D ==> 3 He + n + 3.2 [MeV] 50<br />
D + D ==> T + p + 4 [MeV] 50<br />
D + 3 He ==> 4 He + p + 18.3 [MeV] 100<br />
De esta tab<strong>la</strong> está c<strong>la</strong>ro <strong>que</strong> :<br />
La primera reacción es <strong>la</strong> preferida en esta etapa<br />
(<strong>de</strong>bido a <strong>la</strong> re<strong>la</strong>tiva baja temperatura re<strong>que</strong>rida).<br />
En el futuro, será <strong>la</strong> segunda reacción <strong>la</strong> preferida,<br />
<strong>de</strong>bido a <strong>que</strong> no contiene Tritio radiactivo.<br />
La cuarta reacción tiene ventajas <strong>de</strong>bido a <strong>que</strong> los productos<br />
son partícu<strong>la</strong>s cargadas (protones y partícu<strong>la</strong>s Alfa).<br />
FUSIÓN CONTROLADA<br />
Es re<strong>la</strong>tivamente fácil extraer energía <strong>de</strong> partícu<strong>la</strong>s cargadas.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
APLICACIONES LASER<br />
FUSIÓN CONTROLADA<br />
D + T ==> 4 He + n + 17.6 [MeV]<br />
- suministrada por muchos haces láser simultáneamente.<br />
- <strong>la</strong> capa externa se calienta y es expulsada.<br />
onda <strong>de</strong> cho<strong>que</strong> generada<br />
- Como resultado <strong>de</strong> <strong>la</strong> compresión, <strong>la</strong> temperatura aumenta<br />
-100 millones <strong>de</strong> grados.<br />
- El proceso <strong>de</strong> fusión produce una enorme cantidad <strong>de</strong> energía<br />
(bomba <strong>de</strong> Hidrógeno en miniatura...)<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
APLICACIONES LASER<br />
energía térmica.<br />
FUSIÓN CONTROLADA<br />
efecto Doppler, este átomo "vee“<br />
frecuencia <strong>de</strong>l haz láser se elige <strong>de</strong> manera <strong>que</strong> sea muy próxima a <strong>la</strong> frecuencia <strong>de</strong><br />
absorbida por el átomo, y éste retorne a su sitio.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012<br />
0 K]
APLICACIONES LASER<br />
FUSIÓN CONTROLADA<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
APLICACIONES LASER<br />
telecomunicaciones en zonas <strong>de</strong> difícil acceso.<br />
FUSIÓN CONTROLADA<br />
viajes espaciales.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
Murcia
Murcia<br />
Average temperature = 17 ºC Average precipitations = 375 mm<br />
Data from the Spanish Meteorological Agency (AEMET)
Saharan Dust<br />
Data from the Barcelona Supercomputing Center (BSC/DREAM)
Lidar System
Laser<br />
► Nd:YAG <strong>la</strong>ser with 1 J power at 1064 nm<br />
10 Hz pulse fre<strong>que</strong>ncy<br />
► Equipped with fre<strong>que</strong>ncy doubling crystals<br />
Simultaneous emission of three harmonic wavelengths<br />
Wavelength (nm) 1064 532 355<br />
Nominal Power<br />
When the system is configured for single<br />
wavelength emission<br />
Registered Power<br />
When the system is configured for<br />
simultaneous emission of three wavelengths<br />
and optimized for 355 nm<br />
1 J 500 mJ 300 mJ<br />
376 mJ 68 mJ 255 mJ
Optical Parametric Osci<strong>la</strong>tor<br />
► Tuning range:<br />
FDO: 220 nm – 450 nm<br />
Signal: 410 nm – 708 nm<br />
Idler: 710 nm – 2300 nm<br />
► Power:<br />
Varies with wavelength
► Laser pulse directed to<br />
atmosphere with dichroic<br />
mirrors<br />
Fixed or mounted on<br />
motorized p<strong>la</strong>tform<br />
► Reception with 35.5 cm<br />
diameter telescope<br />
Motorized<br />
Telescope
Monochromator<br />
► Backscattered light is filtered with monochromator<br />
Three diffraction gratings, optimized for different spectral<br />
regions (UV, visible and IR)
Photomultiplier Tube<br />
► Wi<strong>de</strong> spectral response<br />
photomultiplier<br />
Optimized for UV and<br />
visible<br />
Despite low quantum<br />
efficiency at NIR, able to<br />
<strong>de</strong>tect 1064 nm pulses
Versatility<br />
►Any wavelength can be emitted<br />
►Any wavelength can be <strong>de</strong>tected<br />
Many techni<strong>que</strong>s can be implemented<br />
E<strong>la</strong>stic lidar<br />
Vibrational Raman for in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nt extinction<br />
<strong>de</strong>termination<br />
Rotational Raman for temperature <strong>de</strong>termination<br />
Differential Absorption Lidar (DIAL)<br />
Fluorescence<br />
···
Signal acquisition<br />
► Analogic <strong>de</strong>tection<br />
SRS Boxcar gated integrator<br />
and averager<br />
► Photon counting<br />
SRS gated photon counter
► Problems in <strong>de</strong>tection system<br />
System Upgra<strong>de</strong><br />
Gating <strong>de</strong>tection only registers a portion of signal<br />
Photomultiplier showing saturation after strong backscatter<br />
► New <strong>de</strong>tection system: Licel<br />
System<br />
Reliable and well known in lidar<br />
community
Intensidad (U. Arbitrarias)<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Example of 355 nm profile<br />
0<br />
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000<br />
Distancia (m)<br />
Resolution: 150 ns (22.5 m)<br />
Integration time: 10 min.
Intensidad (U. arbitrarias)<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
Example of 532 nm profile<br />
0<br />
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000<br />
Distancia (m)<br />
Resolution: 150 ns (22.5 m)<br />
Integration time: 10 min.
Intensidad (U. arbitrarias)<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Example of 1064 nm profile<br />
0<br />
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000<br />
Distancia (m)<br />
Resolution: 150 ns (22.5 m)<br />
Integration time: 10 min.
Example of Raman H 2O profile (408 nm)<br />
Número <strong>de</strong> fotones<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Distancia (m)<br />
Resolution: 500 ns (75 m)<br />
Integration time: 15 min.
Número <strong>de</strong> fotones<br />
Example of Raman N 2 profile (387 nm)<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000<br />
Distancia (m)<br />
Resolution: 500 ns (75 m)<br />
Integration time: 15 min.
Inversion Procedure<br />
Atmospheric mo<strong>de</strong>l +<br />
E<strong>la</strong>stic and Raman signals<br />
In<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nt Extinction +<br />
Backscatter coefficients
HERRAMIENTA LASER<br />
LA HERRAMIENTA LÁSER<br />
MONOCROMATICIDAD<br />
COHERENCIA<br />
LINEALIDAD<br />
BRILLO<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
HERRAMIENTA LASER<br />
LA HERRAMIENTA LÁSER<br />
MONOCROMATICIDAD<br />
COHERENCIA<br />
LINEALIDAD<br />
BRILLO<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
ENERGÍA Y TIEMPO<br />
MONOCROMATICIDAD<br />
COHERENCIA<br />
LINEALIDAD<br />
BRILLO<br />
HERRAMIENTA LASER<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
HERRAMIENTA LASER<br />
LA HERRAMIENTA LÁSER<br />
MONOCROMATICIDAD<br />
COHERENCIA<br />
LINEALIDAD<br />
BRILLO<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
ENERGÍA Y TIEMPO<br />
MONOCROMATICIDAD<br />
COHERENCIA<br />
LINEALIDAD<br />
BRILLO<br />
HERRAMIENTA LASER<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
ENERGÍA Y TIEMPO<br />
MONOCROMATICIDAD<br />
COHERENCIA<br />
LINEALIDAD<br />
BRILLO<br />
HERRAMIENTA LASER<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
ENERGÍA Y TIEMPO<br />
MONOCROMATICIDAD<br />
COHERENCIA<br />
LINEALIDAD<br />
BRILLO<br />
HERRAMIENTA LASER<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
ENERGÍA Y TIEMPO<br />
MONOCROMATICIDAD<br />
COHERENCIA<br />
LINEALIDAD<br />
BRILLO<br />
HERRAMIENTA LASER<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
MONOCROMATICIDAD<br />
COHERENCIA<br />
LINEALIDAD<br />
BRILLO<br />
ENERGÍA Y TIEMPO<br />
Dispositivo y herramienta<br />
Dispositivo<br />
Herramienta<br />
El or<strong>de</strong>nador como herramienta<br />
máquina <strong>de</strong> Turing<br />
EL LASER COMO HERRAMIENTA<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
CUANTICA Y MOLÉCULAS<br />
NIVELES DE ENERGÍA<br />
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA<br />
EL LÁSER COMO MECANISMO DE EXCITACIÒN SELECTIVO<br />
LA QUÍMICA DE LOS ESTADOS EXCITADOS<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
1872 : Le<strong>la</strong>nd Stanford<br />
$25.000.<br />
fotógrafo : Eadweard Muybridge<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
Siglos XX y XXI :<br />
nacimiento <strong>de</strong> <strong>la</strong>s molécu<strong>la</strong>s<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
BREVES SUCESOS NATURALES<br />
Cuanto se tarda en leer <strong>la</strong> letra….. ?<br />
50 ms en reconocer <strong>la</strong> letra C.<br />
¿Cuánto tardan en difundirse <strong>la</strong>s molécu<strong>la</strong>s<br />
en <strong>la</strong> sinapsis?.<br />
50 s<br />
¿Cuánto tarda <strong>la</strong> <strong>luz</strong> en recorrer <strong>la</strong> distancia<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> el televisor al ojo ?.<br />
0.13 ns<br />
20 ps<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EPISODIOS<br />
MIL MILLONES DE AÑOS<br />
ENFRIAR LA TIERRA: MARES Y OCÉANOS Y CO 2<br />
O 2 VIDA UNICELULAR.<br />
EDAD DEL UNIVERSO : 12.000 – 14.000 MILLONES<br />
DE AÑOS.<br />
FUTURO PREVISTO : 10 100. MUCHO FUTURO<br />
UN MILLÓN DE AÑOS<br />
LAS ESTRELLAS SUPERGIGANTES<br />
AZULES (MIL VECES MÁS BRILLANTES<br />
QUE EL SOL) SE CONSUMIRÁN.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EPISODIOS<br />
UN SIGLO<br />
LOS CD-ROM SE DEGRADARÁN. LOS MÁS<br />
PERFECTOS ALCANZAN 200 AÑOS.<br />
UNA TORTUGA TIENE UNA ESPERANZA DE VIDA DE<br />
177 AÑOS.<br />
PROBABILIDAD DE SER CENTENARIOS : 1/26.<br />
EDAD DE LA MECÁNICA CUÁNTICA<br />
UN AÑO<br />
LA TIERRA RECORRE UNA ÓRBITA<br />
ALREDEDOR DEL SOL.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EPISODIOS<br />
UN DIA<br />
LA TIERRA REALIZA UNA ROTACIÓN.<br />
EL CORAZÓN LATE 100.000 VECES.<br />
LOS PULMONES INHALAN Y EXPELEN 14.000 LITROS DE<br />
AIRE.<br />
UNA CRÍA DE BALLENA AZUL GANA 90 KILOS DE PESO.<br />
UNA HORA<br />
SE DICTA UNA CONFERENCIA.<br />
SE RECORREN ENTRE 100-120 KILÓMETROS DE DISTANCIA.<br />
LAS CÉLULAS SE DIVIDEN EN DOS.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EPISODIOS<br />
UN MINUTO<br />
EL CEREBRO DE UN NEONATO CRECE ENTRE UNO Y DOS<br />
MILIGRAMOS.<br />
UNA PERSONA PRONUNCIA UNAS 150 PALABRAS.<br />
UNA PERSONA LEE UNAS 250 PALABRAS.<br />
LA LUZ DEL SOL TARDA UNOS 8 MINUTOS EN LLEGAR.<br />
UN SEGUNDO<br />
EL CORAZÓN DA UN LATIDO.<br />
LA LUZ DE LA LUNA TARDA 1,3S. EN LLEGAR A LA TIERRA.<br />
SEGUNDO ES DURACIÓN DE 9.192.631.770CICLOS DE<br />
OSCILACIÓN DEL ATOMO DE CESIO.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EPISODIOS<br />
DECIMA DE SEGUNDO<br />
UN ABRIR Y CERRAR DE OJOS.<br />
TIEMPO QUE REQUIERE EL OIDO PARA DISCRIMINAR UN<br />
SONIDO DE SU ECO.<br />
UN COLIBRÍ BATE SUS ALAS SIETE VECES.<br />
UN MILISEGUNDO<br />
TIEMPO DE EXPOSICIÓN MÁS BREVE DE UNA CÁMARA<br />
FOTOGRÁFICA.<br />
UNA MOSCA BATE LAS ALAS CADA 3 MS.<br />
UNA ABEJA BATE LAS ALAS CADA 5 MS.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EPISODIOS<br />
UN MICROSEGUNDO<br />
LA LUZ RECORRE 300 METROS.<br />
UN SONIDO HABRÍA RECORRIDO 1/3 MM.<br />
DURACIÓN DE UN DESTELLO DE ESTROBOSCOPIO COMERCIAL.<br />
UN CARTUCHO DE DINAMITA EXPLOTA EN 24 MICROSEGUNDOS.<br />
LA LUZ RECORRE 30 CM.<br />
UN NANOSEGUNDO<br />
UNA INSTRUCCIÓN DE ORDENADOR CONSUME ENTRE 2 Y 4<br />
NANOSEGUNDOS EN EJECUTARLA<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EPISODIOS<br />
UN PICOSEGUNDO (billonésima <strong>de</strong> segundo)<br />
TIEMPO DE OPERACIÓN DE LOS TRANSISTORES MÁS<br />
RÁPIDOS.<br />
TIEMPO QUE TARDA EL QUARK “FONDO” EN DESINTEGRARSE.<br />
LA VIDA MEDIA DE UN ENLACE DE HIDRÓGENO ENTRE<br />
MOLÉCULAS DE AGUA, ES DE 3 PICOSEGUNDOS.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EPISODIOS<br />
UN FEMTOSEGUNDO (millonésima <strong>de</strong> billonésima <strong>de</strong> segundo)<br />
EN LAS MOLÉCULAS, LOS ÁTOMOS TARDAN ENTRE 10 Y<br />
100 FEMTOSEGUNDOPS EN REALIZAR UNA OSCILACIÓN.<br />
LAS REACCIONES QUÍMICAS MÁS RÁPIDAS REQUIEREN<br />
CENTENARES DE FEMTOSEGUNDOS.<br />
LA INTERACCIÓN ENTRE LA LUZ Y LOS PIGMENTOS DE LA<br />
RETINA INVIERTE EN TORNO A 300 FEMTOSEGUNDOS.<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EPISODIOS<br />
UN ATTOSEGUNDO<br />
FENÓMENOS MÁS FUGACES QUE LA CIENCIA CRONOMETRAR.<br />
LOS LÁSERES MÁS RÁPIDOS TARDAN 250 ATTOSEGUNDOS.<br />
-34 S.<br />
Constante <strong>de</strong> P<strong>la</strong>nck, h. Valor utilizado 6,6 10-27 g cm 2 /sg.<br />
Masa <strong>de</strong> P<strong>la</strong>nck. mp. Es el valor <strong>de</strong> masa obtenido combinando apropiadamente <strong>la</strong>s<br />
constantes G, c y hbarra como (hbarra c / G)1/2. Valor utilizado 2,178 10-5 g.<br />
Longitud <strong>de</strong> P<strong>la</strong>nck, en a<strong>de</strong><strong>la</strong>nte lp = (hbarra G / c3)1/2, es <strong>la</strong> longitud <strong>de</strong> onda Compton<br />
<strong>de</strong> <strong>la</strong> partícu<strong>la</strong> masa <strong>de</strong> P<strong>la</strong>nck. El valor utilizado es 1,616 10-33 cm.<br />
Tiempo <strong>de</strong> P<strong>la</strong>nck, en a<strong>de</strong><strong>la</strong>nte tp = (hbarra G / c5)1/2, es el tiempo <strong>que</strong> tarda <strong>la</strong> <strong>luz</strong> en<br />
recorrer <strong>la</strong> longitud <strong>de</strong> P<strong>la</strong>nck. Valor utilizado 5,389 10-44 sg.<br />
20 ps<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
ESCALA DE TIEMPO Y REACCIONES<br />
►10 -9 – 10 -15 s.<br />
►Procesos:<br />
QUÍMICAS<br />
Transferencia <strong>de</strong> protones o electrones.<br />
Movimiento interno en proteínas.<br />
Transferencia <strong>de</strong> energía inter e intramolecu<strong>la</strong>r.<br />
Ruptura y formación <strong>de</strong> los en<strong>la</strong>ces químicos.<br />
Rotación molecu<strong>la</strong>r.10000nm~ 33 10 -15 s.)<br />
Vibración molecu<strong>la</strong>r (1000nm~3.3 10 -15 s.)<br />
Tránsitos electrónicos (200nm ~0.66 10 -15 s.)<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
ESCALA DE TIEMPO Y REACCIONES<br />
QUÍMICAS<br />
PROCESO FOTÓN MOLÉCULA<br />
VELOCIDAD (m/s) 3 10 8 3-5 10 2<br />
Tiempo<br />
para<br />
recorrer<br />
3 m<br />
3m<br />
3nm<br />
Vibración <strong>de</strong>l CO<br />
Tiempo <strong>de</strong><br />
tránsito F-C<br />
10 -8 s (10 ns)<br />
10 -14 s (10 fs)<br />
10 -17 s (10 as)<br />
< 1 fs<br />
20 ps<br />
10 -2 s (10 ms)<br />
10 -8 s (10 ns)<br />
10 -11 s (10 ps)<br />
20 fs<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
EVOLUCIÓN DE LAS FUENTES<br />
AÑO FUENTE<br />
ANCHURA<br />
1950<br />
1960<br />
1970<br />
1980<br />
1990<br />
Lámpara <strong>de</strong> F<strong>la</strong>sh<br />
Láser <strong>de</strong> Rubí<br />
Láser <strong>de</strong> Nd:YAG, bombeado por f<strong>la</strong>sh<br />
Láser <strong>de</strong> colorante bombeado por Nd:YAG<br />
Láser <strong>de</strong> anillo en modo locked y CPM con<br />
compresión <strong>de</strong> pulso<br />
Láser <strong>de</strong> Ti:zafiro en modo locked y osci<strong>la</strong>dor<br />
paramétrico óptico<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012<br />
ms<br />
ns<br />
ps<br />
50 fs<br />
5 fs<br />
50-5 fs
RETROALIMENTACIÓN Y<br />
AMPLIFICACIÓN<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps<br />
<strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
Valoración <strong>de</strong> 1 fs<br />
► Azoica<br />
► Arcaica. Hasta unos 500.000.000 años.<br />
► Primaria o paleozoica. Invertebrados, trilobites medusas, moluscos, primeros<br />
vegetales, helechos y coníferas y los insectos, primeros <strong>que</strong> abandonaron el mar, luego los<br />
batracios. Hace unos 350.000.000 años.<br />
► Secundaria o mesozoica Des<strong>de</strong> unos 200.000.000 hasta unos 70.000.000<br />
años. Actividad volcánica, invasión <strong>de</strong> Europa por los océanos. Reptiles, dinosaurios.<br />
► Terciaria o cenozoica Hasta un 1.000.000 años antes <strong>de</strong> nuestros días, Actividad<br />
orogénica: An<strong>de</strong>s, Alpes y el Hima<strong>la</strong>ya. Edad <strong>de</strong> los mamíferos y los actuales árboles .<br />
► Cuaternaria G<strong>la</strong>ciares, Aparece el hombre conviviendo con mamut y animales feroces.<br />
Última g<strong>la</strong>ciación hace 30.000 años. Hombre <strong>de</strong> Cromagnon u Homo sapiens.<br />
► En total 5.000 millones <strong>de</strong> años<br />
►1s./32.000.000 años =<br />
1s./(32.000000*365*24*60*60)=1s./(1.009152*10 15<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
ISAAC NEWTON<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
Lord George Porter<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps<br />
<strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
ZEWAIL: 1999<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps<br />
<strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012
DECAIMIENTO<br />
FOTOLÍTICO DE<br />
ICN<br />
BOMBEO: 307nm<br />
SONDA : 388.5 nm (CN)<br />
El TIEMPO ICN I + CN<br />
Velocidad <strong>de</strong> <strong>la</strong>s molécu<strong>la</strong>s : 300 m/s<br />
Se separan completamente a 0.6 nm<br />
tiempo <strong>de</strong> reacción = 0.6 10 -9 300 = 200 fs.<br />
Resumen : se sigue el proceso<br />
mediante espectroscopía <strong>de</strong> absorción<br />
► ICN + h(bombeo) [ICN] #* I + CN<br />
<strong>Láseres</strong>, <strong>la</strong> <strong>luz</strong> <strong>que</strong> <strong>revolucionó</strong> <strong>nuestras</strong> 20 ps <strong>vidas</strong>A. Re<strong>que</strong>na Mayo, 2012