Los plasmas densos magnetizados se obtienen en experimentos en los que la materia se ioniza mediante una descarga pulsada de muy alto voltaje, y el plasma se confina por el campo magnético generado por la corriente que fluye por él. Sus densidades, de 10^18 a 10^20 partículas por cm^-3 son intermedias entre las alcanzadas en sistemas como el tokamak (10^14 cm^-3) en un extremo, y los plasmas de confinamiento inercial, mediante láseres (10^25 cm^-3) en el extremo opuesto. También el tiempo de confinamiento de energía en el plasma, decenas de ns, es intermedio, siendo del orden de segundos en el caso del tokamak, y de cientos de ps en confinamiento inercial. En el trabajo propuesto aquí se estudiará la dinámica de plasmas densos magnetizados en tres configuraciones diferentes; plasma focus, Z-pinch multifibra y X-pinch, a partir de su emisión de rayos X blandos y duros, haces de iones y electrones, y en el caso del plasma focus, neutrones provenientes de la fusión de núcleos de deuterio. También se emplearán diagnósticos ópticos tales como fotografía de Schlieren e interferometría. Para ello se conjuntarán los recursos y los esfuerzos del plasma focus Fuego Nuevo II de 4.6 kJ del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM con el generador de 36 kJ de la Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapozalco. En el caso del plasma focus del ICN-UNAM se ha encontrado que la distribución angular de la emisión de neutrones producidos por la fusión de núcleos de deuterio tiene una componente isotrópica y otra anisotrópica. Hasta la fecha está en discusión en qué medida la contribución isotrópica es debida a temperaturas termonucleares, o a la aceleración transversal al eje de los iones, pero es claro que la contribución anisotrópica es debida a un efecto haz-blanco, debido a la aceleración de núcleos de deuterio en un ángulo cercano al eje. Si bien existen diversas teorías respecto a los mecanismos de aceleración, es necesario diseñar experimentos que permitan discernir entre ellas, para lo cual se requiere estudiar la evolución del plasma en correlación con las emisiones de radiación. También se sugiere incrementar la densidad del plasma, produciendo la descarga sobre un chorro de deuterio. En los experimentos a realizar en el generador de la UAM-Azcapzalco no se producirán neutrones, pero se estudiará particularmente la emisión de rayos X blandos y duros emitidos en experimentos de Z-pinch multifibra y X-pinch. En el primer caso, se produce la descarga que ioniza a fibras de decenas de micras, arregladas alrededor de una configuración cilíndrica. Así se genera un campo magnético que hace implotar al sistema, con características de estabilidad mejores que las obtenidas empleando una sola fibra, permitiendo así mejorar la intensidad y duración del pulso de rayos X. Es importante en este caso determinar el efecto emplear fibras de diversos materiales, así como su distribución geométrica. Por otra parte, se pretende hacer un estudio de las leyes de escalamiento para este tipo de experimentos. Puesto que las temperaturas record en plasmas confinados magnéticamente (200 keV) se han alcanzado en Z-pinch multifbras, es importante determinar los límites de operación. El X-pinch es una variante del Z-pinch multifibra, en el que dos o más fibras se cruzan en un punto, permitiendo producir una fuente prácticamente puntual de rayos X, por un lapso de unos cuantos ns. Sin embargo, también se observa que una vez ionizado el material, se producen chorros de plasma, cuya dinámica sigue siendo un problema abierto. Una de las aplicaciones de este tipo de configuración es en radiografía de alto contraste. En el plasma focus del ICN-UNAM se están realizando este tipo de estudios, concentrando la fuente de rayos X duros en la punta de una aguja colocada en la punta del ánodo. Es por ello interesante comparar los resultados de ambos aparatos.

Se espera mejorar la comprensión de los mecanismos de aceleración de iones y electrones a partir de la caracterización de la radiación en experimentos en plasmas densos magnetizados. Esto, a su vez, aclarará el carácter de los mecanismos de generación de neutrones en el caso del plasma focus. Un estudio experimental detallado sobre la evolución de los campos magnéticos en el plasma será determinante para poder retroalimentar los modelos teóricos. También se espera incrementar la densidad del plasma, y con ello la intensidad de la radiación, en el plasma focus, inyectando un chorro de deuterio en la punta del ánodo. En el caso del Z-pinch multifibra y el X pinch, además de complementar los estudios sobre la caracterización de la radiación, se obtendrán leyes de escalamiento, con objeto de explorar los límites que intensidad y duración de los pulsos. En relación al empleo de X pinch y plasma focus para la producción de radiografía de alto contraste, se compararán los resultados obtenidos en cada caso. Los resultados serán publicados en revistas arbitradas tales como Physics of Plasmas, Plasma Sources Science and Technology y Journal of Applied Physics. Como resultado de la contribución de estudiantes en el proyecto, se espera graduar a tres estudiantes en maestría.