La primera fuente de luz de sincrotrón en España

A pesar de sus impresionantes 140 metros de diámetro, el sincrotrón situado en Cerdanyola del Vallès pasa casi desapercibido desde la carretera por la que se accede a él, una muestra de cómo se ha logrado integrar este edificio en el entorno. Visto desde el aire, sin embargo, la estructura parece un inmenso caracol.

El sincrotrón Alba, el nombre con el que se le ha bautizado en honor al tipo de luz que generará, está gestionado por el consorcio CELLS (Consorcio para la Construcción, Equipamiento y Explotación del Laboratorio de Luz de Sincrotrón ) y ha sido financiado a partes iguales por el Ministerio de Ciencia e Innovación y la Generalitat de Catalunya. Además, supone la mayor inversión en investigación científica realizada hasta ahora por el estado español y su objetivo, en palabras de la propia Ministra de Ciencia e Innovación, Cristina Garmendia, es “convertirse en una instalación emblemática que permitirá aumentar la competitividad científica e industrial de nuestro país”.

Proyecto pionero

El sincrotrón Alba es la primera instalación de este tipo que se construye en España. Se trata de una tecnología que genera un haz de luz muy pura, capaz de penetrar en la materia, lo que lo convierte en una herramienta muy útil para el análisis de las moléculas, y de ahí que se compare al sincrotrón con un microscopio gigantesco. La radiación de sincrotrón se puede utilizar en muchos campos de la investigación, si bien cabe destacar las aplicaciones específicas en investigación biomédica y sectores industriales del ámbito farmacéutico, alimentario y cosmético.
Un cañón que se encarga de disparar los electrones que se aceleran inicialmente en un acelerador lineal llamado Linac y que después son transmitidos a un circuito secundario, el booster, donde los electrones se aceleran. Posteriormente, los electrones se redirigen hacia el anillo principal (o de almacenamiento) donde circulan en tubos de vacío a una energía constante durante horas para emitir luz de sincrotrón. Esta luz es recogida en unos laboratorios donde se muestran los materiales que se quieren estudiar. El espectro resultante se procesa y se ofrece información sobre los materiales, como su estructura, su composición... La temperatura interior del edificio debe mantenerse alrededor de los 23 grados centígrados durante todo el año.
Para realizar la aceleración de los electrones y su posterior desvío
al anillo de almacenamiento se utilizan diferentes componentes magnéticos:

• Imanes de desvío: permiten desviar los electrones varios grados. Esta desviación proporciona la emisión de fotones de forma tangencial.
• Onduladores: fuerzan a los electrones a seguir una trayectoria ondulatoria. Los fotones emitidos por esta ondulación contribuyen a generar un haz mucho más intenso que la emitida por los imanes.
• Imanes de foco: permiten mantener la emisión concentrada y bien definida. Cuanto más concentrada y definida, mayor es el brillo de la luz obtenida. Estos imanes se colocan en secciones rectas del anillo de almacenamiento.

Instalación eléctrica

La empresa Ambar, encargada de realizar todo el cableado de instrumentación y cableado eléctrico de los aceleradores utilizados en Alba, trabaja, principalmente, con cables de Prysmian armados y apantallados. Estos cables se encargan de la alimentación de todas las máquinas, desde los cuadros de radiofrecuencia para poder dar potencia a los electrones hasta los electroimanes que se encuentran dentro de la instalación.
“Este proyecto no tiene nada que ver con ningún otro que hayamos realizado antes”, explica Santiago Cea, Responsable de Ambar en Barcelona y Jefe del proyecto, quien apunta que “la particularidad del sincrotrón y la necesidad de fiabilidad y precisión en todos los detalles ha requerido prestar una gran atención al detalle de los acabados. La precisión está en la propia máquina –añade Cea– pero para calibrar esa máquina la señal tiene que ir a través de los cables que estamos instalando, y para dar potencia a esos imanes, tiene que pasar a través de los cables de Prysmian”.

Todos los cables instalados deben llevar un identificador único y requieren de una cierta curvatura, por lo que los acabados han sido uno de los retos de Ambar. “Pero lo hemos superado con éxito”, asegura Santiago Cea, quien habla con orgullo de los acabados logrados en la instalación. “Se nos pide mucha precisión en cuanto a la longitud de los cables y tenemos incluso firmadas las tolerancias máximas en contrato, pero también es cierto que el cliente nos ha facilitado mucho el trabajo, ha sido un proyecto muy mano a mano y se nos ve como un colaborador. Está mal que lo diga yo, pero no todas las compañías pueden terminarlo como lo estamos terminando nosotros. Es una instalación hecha con mucho cariño”, concluye.

Enclave estratégico

El sincrotrón Alba es un complejo científico de seis hectáreas situado muy cerca de la Universitat Autònoma de Barcelona y de un importante polo de desarrollo tecnológico empresarial que permitirá aprovechar al máximo sus capacidades. El edificio incluye oficinas, laboratorios, talleres, un edificio auxiliar y una central eléctrica.
Actualmente está en marcha la fase uno, con siete líneas de investigación en funcionamiento, pero cuando esté a pleno rendimiento (a finales de 2010), tendrá capacidad para acoger 32 salidas de luz, cada una con un laboratorio de análisis diferente, y trabajarán en él unas 1.000 personas, incluyendo la propia plantilla y expertos venidos de otros centros científicos que estén interesados en un proyecto específico.

Cada año se efectuarán dos convocatorias, evaluadas por expertos internacionales, para determinar los mejores proyectos de investigación desde un punto de vista de la viabilidad y la rentabilidad. Es decir, para decidir qué grupo merece utilizar la instalación. Durante los días que dure la investigación los gastos de los investigadores están cubiertos (bien con ayudas estatales o con fondos europeos destinados a financiar la movilidad de los investigadores).

Al finalizar la investigación cada grupo debe publicar sus conclusiones en una revista científica. “Esa es la diferencia entre la investigación pública y la privada” –explica Jörg Klora, Responsable de la división de Computing & Control de CELLS– “Una empresa también puede venir, utilizar el sincrotrón para investigar y no publicar nada, pero entonces debe pagar por su uso. Este tipo de investigación no publicada supone el 10% de nuestra actividad. Nuestro objetivo no es obtener beneficios, sino lograr avances científicos”. A continuación, añade que “existe una gran demanda para la utilización de los sincrotrones. En algunos casos hay siete veces más grupos interesados que la oferta disponible”.

En Europa hay sólo cerca de 20 sincrotrones y casi 50 en todo el mundo. Los mayores se encuentran en Grenoble (Francia), Kyoto (Japón) y otro en Chicago (Estados Unidos), pero Alba será el único situado en el sur de la línea París-Trieste, a excepción del de Grenoble. No todos los sincrotones son iguales, como explica Jörg Klora, “existen pequeñas diferencias entre unos y otros, pero todos estamos conectados y sabemos los unos de los otros. Nosotros no competimos entre sincrotrones. Alba es un muy buen sincrotrón, porque hemos tenido acceso a información sobre el resto de sincrotones que ya están en funcionamiento, sus puntos fuertes, los problemas con los que se han encontrado, los errores que se han cometido, las soluciones que han implementado, las empresas con las que han colaborado... Este trabajo colaborativo ha sido de gran ayuda, al final, en esta comunidad, todos tratamos de hacer la mejor ciencia”.

Destacados:

La luz de sincrotrón es capaz de penetrar en la materia y se puede utilizar en muchos campos de la investigación
Los cables de Prysmian se encargan de la alimentación de todas las máquinas, desde los cuadros de radiofrecuencia hasta los electroimanes.

• Despiece 1: ¿Cómo funciona un sincrotrón?

Un sincrotrón es un acelerador de partículas. Un cañón de electrones produce un haz inicial que se acelera en el sincrotrón hasta velocidades próximas a la luz. Una vez acelerados, los electrones se inyectan en un anillo de almacenaje, donde circulan durante horas con una energía que se mantiene constante mediante cavidades de radiofrecuencia.
Cuando los electrones que circulan por el anillo describen una curva, emiten luz de gran intensidad a longitudes de onda que van de lo visible a los rayos X. La radiación emitida, o luz de sincrotrón, se direcciona hacia las estaciones de trabajo (líneas de experimentación) donde los usuarios la podrán utilizar para sus investigaciones.

• Despiece 2: Líneas de investigación

Los campos a los que los experimentos con luz de sincrotrón van a aportar mayores ventajas son:
• Química: análisis de diferentes elementos químicos para mejorar los procedimientos de producción de adhesivos, aislantes, lubricantes, preparación de superficies electroquímicas, etc.
• Ciencias de los materiales: establecimiento de la estructura tridimensional de materiales no cristalinos. Se utiliza, por ejemplo, en el estudio de aleaciones especiales para su utilización en tecnología aereoespacial.
•  Magnetismo: desarrollo de sensores y de dispositivos de almacenamiento.
• Biología: estudio de cambios estructurales y funcionales en el ADN, proteínas y macromoléculas. Estudio de cambios estructurales y funcionales en hormonas, enzimas y virus.
• Cristalografía macromolecular: esta es una de las áreas de mayor actividad. Es posible cristalizar macromoléculas biológicas. La luz sincrotrón permite determinar la estructura atómica de muchas de estas macromoléculas.
• Industria: mejora de los procesos de producción de polímeros y cerámicas. Desarrollo de chips, micromecánica, sensores médicos, estudios estructurales y funcionales de nuevos fármacos, etc.