sincrotrón alba (geo)
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La mayor, más compleja y más cara instalación científica construida en EspañaTRANSCRIPT
La mayor, más compleja y más cara instalación
cientíica construida en España permite explorar
los más pequeños componentes de la materia.
Y lo hace gracias a la radiación lumínica
emitida por electrones que viajan por un anillo
a casi 300.000 kilómetros por segundo, billones
de veces más brillante que la del Sol.
SINCROTRÓNLA INTENSA LUZ DEL ALBA
Texto: Joaquim M. Pujals Fotos: Alfons Rodríguez
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Instalaciones de la
fuente de luz ALBA.
Se puede observar el
diseño futurista del
túnel-anillo circular
por el que discurre
el acelerador de
electrones.
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Vista general del interior del túnel del ALBA, con el anillo de almacenamiento a la derecha y el booster o acelerador a la izquierda,
bajo el conducto de aire.
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Sincrotrón ALBA. Un equipo ciantífico trabaja en la puesta a punto de uno de los espejos del túnel, que entre otras cosas, consiste en
su calibración para la redirección del haz de luz.
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Un equipo de usuarios cristalógrafos trabaja en una de las líneas de experimentación que salen del túnel. Estudian las propiedades
del chocolate y el porqué de los diferentes tipos de cristalización.
Recopilarán datos durante las sesiones en las instalaciones
para luego pasar meses estudiándolas y sacando conclusiones.
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ERGEY KAPISHNIKOV EMPLEA una máquina de
270 metros de circunferencia que incorpora 7.200
equipos electrónicos de alta precisión conectados en-
tre sí por 20.000 cables que suman 200 kilómetros de
recorrido para escudriñar un campo de visión de dos
micras (dos milésimas de milímetro). La gigantesca
infraestructura le permite visualizar objetos de dimen-
siones mesurables en nanómetros (la milmillonésima
parte de un metro). Y, con ello, explorar los más dimi-
nutos componentes de la materia.
El biofísico ruso, de 33 años, investiga cómo se for-
man los cristales de hemozoína, un subproducto de la
digestión de la hemoglobina de nuestra sangre, en el
interior del protozoo parásito Plasmodium falciparum,
una de las cinco especies responsables de la malaria. La
enfermedad, transmitida por los mosquitos, a la que es-
tán expuestas 3.300 millones de personas, causó el año
pasado, según estimaciones de la Organización Mun-
dial de la Salud, al menos 438.000 muertes en los países
tropicales, más de tres cuartas partes de ellas niños de
menos de cinco años. Y 400 millones de personas, la
inmensa mayoría africanas, sufren cada año sus des-
agradables consecuencias (iebres, dolores musculares,
náuseas y transtornos del sistema nervioso, entre otras).
El cientíico del Instituto de Materia Blanda y Ma-
teriales Funcionales del Centro Helmholtz de Berlín
trata de entender cómo consigue el parásito que una
sustancia que debería resultarle tóxica no le destruya.
“El Plasmodium se adapta rápidamente a las proteínas,
por eso es tan difícil conseguir una vacuna. Pero no
a las reacciones químicas”, señala. Descubrir de qué
manera podemos interferir en ese proceso permitiría
impulsar una nueva generación de fármacos contra la
malaria basados en la quinolina, después de que los
Plasmodium hayan logrado desarrollar una elevada
resistencia a la cloroquina, que se mostró eicaz en su
tratamiento durante décadas.
Para ello, Kapishnikov ilumina muestras de sangre
infectada con unos hiperbrillantes rayos X que ofrecen
mucha mayor resolución que los microscopios elec-
trónicos y que, a diferencia de éstos, no exigen cortar
ni manipular las células estudiadas. Solo hay tres ins-
talaciones de microscopia de rayos X de esta clase en
el mundo. Una se halla en Berkeley (Estados Unidos),
otra en Berlín (Alemania) y la tercera en la línea Mis-
tral del Sincrotrón ALBA, en Cerdanyola del Vallés, a
unos diez kilómetros al noreste de Barcelona, donde el
investigador trabaja esta lluviosa tarde de febrero.
El Sincrotrón ALBA es la mayor, más compleja y
más cara instalación cientíica construida en España.
En funcionamiento desde 2012, es uno de los apara-
tos de su clase más avanzados del mundo: desde su
inauguración, solo otros dos sincrotrones han pasado
a engrosar un censo de medio centenar de instalacio-
nes repartidas por cuatro continentes, una veintena
de ellas en Europa. El ALBA, cuyo nombre no son
unas siglas, sino que alude a la luz del amanecer, cos-
tó 200 millones de euros, aportados a partes iguales
por el Gobierno central y el catalán. Trabajan en él
200 personas, que han recibido ya a varios miles de
investigadores de todo el mundo.
EN EL INTERIOR DE ESTE EDIFICIO con forma
de rosquilla de 23.000 metros cuadrados se ponen
a circular billones de electrones –uno de
los componentes indivisibles del átomo, de
carga eléctrica negativa– por un circuito
cerrado de forma anular (de hecho, es po-
ligonal) de 268 metros de perímetro, que
las partículas recorren a una velocidad muy
cercana a la de la luz.
Concretamente, a un 99,99999% de la
misma, a la que jamás podrán llegar: cons-
tituye un límite físico para la materia, según
dejó sentado Albert Einstein en su teoría de
la relatividad. Para poder alcanzarla, la masa
debería tender al ininito, la energía precisa
para impulsarla haría lo propio, y encima el
tiempo se dilataría en la misma medida, así
que casi mejor ni intentarlo.
Los electrones viajeros son los más su-
periciales de un ilamento de tungsteno
con incrustraciones de óxido de bario que
Diseño
vanguardista
Vista de la fachada
del edificio
principal, con
el acceso a las
instalaciones de
experimentación.
S
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han sido arrancados del mismo poniéndolo
a 1.200 grados centígrados. Después, se los
somete a un intenso campo eléctrico que los
encamina por un acelerador lineal desde el
que acceden a un primer anillo propulsor (o
booster) donde, con la ayuda de otros fortí-
simos campos electromagnéticos, pasan de
los 100 a los 3.000 megaelectronvoltios de
energía, con la que llegan al llamado anillo
de almacenamiento, por el que girarán ya a
velocidad constante (ver gráico).
Apenas 160 milisegundos después del
inicio del proceso, los electrones ya vuelan
enloquecidos a casi 300.000 kilómetros
por segundo por el más absoluto vacío: la
presión en el interior del túnel es similar
a la del espacio exterior a in de que nada
pueda interferir en su trayectoria. Con el
objetivo de evitar la más leve contracción
o dilatación de los materiales, que también podrían
alterarla, la temperatura del ediicio se mantiene per-
manentemente a 23 grados. Aunque es uno de los po-
cos sincrotrones en cuyas instalaciones entra algo de
iluminación natural –“por lo menos, en este sabemos
si es de día o de noche”, se felicita un investigador– las
claraboyas están racionadas para que el termómetro
no suba ni baje ni una décima.
Y para que ni la más ínima vibración exterior pue-
da modiicar el nanométricamente preciso discurrir
del haz, todo el complejo se asienta sobre una losa de
hormigón de un metro de grosor situada sobre una
capa de dos metros de grava, que a su vez cubren un
terreno elegido por su carácter arcilloso. Por supuesto,
cualquier aparato que pueda temblar lo más mínimo
queda terminantemente proscrito en el recinto.
Las partículas dan un millón de vueltas al anillo por
segundo, un intervalo temporal que a la mayor parte
de los mortales nos parece bastante exiguo, pero que
a los físicos les cunde bastante más: “Aquí, la unidad
temporal es el nanosegundo, que es la milmillonésima
parte de un segundo”, señalan. Y ¿para qué tanto correr?
Pues porque cuando se curva su trayectoria, los electro-
nes emiten la llamada luz de sincrotrón, cuyo amplio
espectro abarca desde los rayos X –los más penetran-
tes, y por ello los más empleados en las investigaciones
que aquí se llevan a cabo– hasta los infrarrojos, pasan-
do por la luz visible y la ultravioleta, y que ofrece un
ingente abanico de aplicaciones a estudiosos de muy
diversos campos.
Si nadie lo evitara, la trayectoria de los electrones
sería siempre lineal. Pero para eso están 32 gigan-
tescos electroimanes fabricados en Dinamarca y en
Novosibirsk (Siberia, Rusia), los más potentes de 1,4
teslas (o sea, capaces de generar un campo magnético
50.000 veces más intenso que el terrestre). Ellos lo-
gran que las partículas cargadas tomen las curvas del
anillo y al hacerlo despidan unos fotones “billones de
veces más luminosos que los de la supericie del Sol”,
nos asombra Montse Pont, jefa de operaciones de los
aceleradores del ALBA, una física que lleva 20 de sus
53 años en instalaciones de este tipo y que trabaja en
el sincrotrón barcelonés desde el inicio del proyecto.
“De hecho, el funcionamiento es muy similar al de
los tubos catódicos de las televisiones de antes”, com-
para Pont. Esta luz más intensa y concentrada que la
de las mismas estrellas, que es lo que le permite colar-
se entre los más diminutos componentes del universo,
es derivada hacia siete terminales de trabajo, o líneas,
donde los fotones son manipulados para aplicar téc-
nicas como la difracción, la espectroscopia, la fotoe-
misión, la luorescencia, la dispersión resonante o la
microscopia de rayos X en las investigaciones de un
millar de usuarios al año (que son de promedio la
mitad de los solicitantes).
El complejo está diseñado para acoger una treinte-
EL SINCROTRÓN ALBA ES LA MAYOR, MÁS COMPLEJA Y MÁS CARA INSTALACIÓN CIENTÍFICA CONSTRUIDA JAMÁS EN ESPAÑA
Campo
magnético
Imanes de alta
potencia en
el interior
del anillo
de almacena-
miento y
aceleración.
Algunos elec-
troimanes son
fabricados en
Vladivostok.
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El túnel está reforzado por muros de hormigón y plomo de dos metros de espesor. Se alza sobre una plataforma circular aislada
para evitar todo tipo de vibraciones e interferencias
del resto de las instalaciones.
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na de estas líneas. “Su número es todavía el mismo
que cuando se inauguró debido a la crisis, aunque el
consumo energético con veinte sería el mismo que
con siete. Pero en enero inauguraremos otra, y es-
peramos abrir una al año de aquí a 2020”, anuncia
Ramón Pascual, de 74 años, exrector de la cercana
Universitat Autònoma de Barcelona y verdadero pa-
dre del ALBA, cuyo proyecto comenzó a impulsar en
los años noventa.
En una de ellas, donde se trabaja con la difracción de
los rayos X, y en busca de nuevas texturas para el cho-
colate, estudia cómo responde la manteca de cacao a
diferentes condiciones y velocidades de calentamiento,
un equipo de... ¡geólogos!. “Analizamos de qué manera
afecta la cristalización a la producción de alimentos de
base grasa”, explica Laura Bayés, de 34 años, profesora
de la Universitat de Barcelona.
El grupo que dirige el catedrático emérito Miquel
Àngel Cuevas también ha llevado a cabo investigacio-
nes con luz de sincrotrón sobre el jamón ibérico, los
cristales de la grasa permiten saber si es o no de bellota,
o el aceite de oliva –en este caso, una investigación to-
davía no publicada, busca detectar posibles adiciones
de otros aceites al virgen extra.
En cuatro días en el ALBA reunirán datos sobre el
chocolate que “nos llevará quizás seis meses procesar”,
augura Bayés. “En un minuto, una línea de difracción
puede aportar miles de informaciones sobre la estruc-
tura de una proteína”, revela Ramón Pascual. Las pro-
porciona el detector de rayos X Dectris 6M Pilatus, que
vale un millón de euros.
LAS APLICACIONES DEL SINCROTRÓN parecen
ininitas: en el ALBA se han analizado pinturas góticas
y vidrieras tintadas antiguas procedentes de Egipto y
Siria, se ha obtenido el primer mapa en 3D de células
infectadas por la hepatitis C, se han estudiado nuevos
materiales semiconductores y magnéticos para bate-
rías y memorias o aditivos para el cemento. En otros
sincrotrones se logró ver el interior de huevos de dino-
saurio sin dañarlos y se descubrió por qué cambiaban
de color algunos cuadros de Van Gogh.
Las líneas están protegidas con armaduras de plomo
de siete centímetros de grosor para frenar los rayos
X más duros, los de menor longitud de onda, aque-
llos que mejor penetran en la materia. Ramón Pascual
tranquiliza al respecto: “La mínima radiación que se
pueda generar se queda en el interior del búnker, cuyas
paredes tienen un metro de grosor en algunos puntos
y están hechas de hormigón baritado”, es decir, que in-
corpora barita, el mineral del que se obtiene el bario,
que ofrece un seguro blindaje radiológico.
“Esta radiación, que es menor que la natural que llega
del suelo a la planta baja de un ediicio de vecinos, la
provoca la activación en determinados lugares de algún
elemento de hierro o acero. Y se desactiva sola. De todas
formas, nunca se ha tenido que sacar fuera material de
este tipo, y si hubiera que desmantelar la instalación, no
habría más de 4 o 5 kilos para tratar”, detalla.
De todas formas, y por exigencia del Con-
sejo de Seguridad Nuclear, en la sala de con-
trol del acelerador hay siempre dos personas,
24 horas al día, siete días a la semana, que
son los que trabajan sin parar en la máquina,
6.000 horas al año en total. El personal de
guardia no puede alejarse del recinto en su
tiempo libre más de cien kilómetros, para
que en caso de emergencia pueda presentar-
se en el ALBA en un máximo de una hora. Y
no solo en la sala están pendientes del fun-
cionamiento de la máquina: la única pantalla
que hay en la cafetería no emite noticias ni
videoclips musicales, sino los gráicos que
detallan con qué potencia y precisión traba-
ja en aquel instante el sincrotrón. En el ALBA
no hay ni un nanosegundo que perder.
AQUÍ SE HAN ANALIZ ADO DESDE PINTURAS GÓTIC AS HASTA CÉLULAS
INFEC TADAS POR LA HEPATITIS C
Siempre
vigilantes
Sala de control
principal. Más de
30 monitores
controlan todas
las instalaciones
así como el flujo
del haz de elec-
trones para que
este no sufra
cortes relevantes
durante la
experimentación.
G
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ACELERADORES... DE LA PAZ MUNDIALLas posibilidades de los aceleradores de partículas parecen ilimitadas. Su amplio abanico
de aplicaciones va desde las terapéuticas en la lucha contra el cáncer hasta la cooperación
cientí�ca entre enemigos irreconciliables como Irán e Israel.
UN SINCROTRÓN es uno de los diversos
tipos de aceleradores de partículas. Todos
parten de la misma tecnología, y la ma-
yoría acelera electrones o protones, pero
tienen dimensiones, formas y finalidades
muy diferentes. El mayor del mundo es el
Gran Colisionador de Hadrones de la Or-
ganización Europea para la Investigación
Nuclear (CERN), situado cerca de Gine-
bra. En él se hacen circular protones en
direcciones opuestas por un anillo de 27
kilómetros. El objetivo es hacerlos chocar
para fragmentarlos. En 1993 se abandonó,
debido a su alto coste, el proyecto de uno
de 92 kilómetros en Texas (Estados Uni-
dos). En los colisionadores se han identifi-
cado componentes básicos de la materia
como los quarks o el bosón de Higgs.
Algunos sincrotrones pequeños, de medio
centenar de metros, tienen aplicaciones
terapéuticas: aceleran iones de carbono
y los dirigen con enorme precisión hacia
tumores cancerígenos para destruirlos sin
dañar los tejidos adyacentes.
Curiosamente, los aceleradores de partí-
culas se están convirtiendo en un símbolo
de la paz. “El CERN nació para impulsar la
colaboración entre Francia y Alemania
después de la Segunda Guerra Mundial”,
subraya Ramón Pascual, impulsor del AL-
BA. El Sincrotrón barcelonés participa aho-
ra en el proyecto de su homólogo SESAME,
que se está construyendo en Jordania y
que ha abierto una vía para la cooperación
científica entre árabes, israelíes e iraníes.
Los técnicos del ALBA han calibrado los
16 grandes imanes de la instalación, en la
que participan Jordania, Bahrein, Chipre,
Egipto, Israel, Pakistán, Irán, la Autoridad
Nacional Palestina y Turquía.
El doctor
Ramón Pascual,
presidente del
Consorcio del sincrotrón.
7. Análisis de datos
En la sala de control, los ordenadores controlan todo el proceso de medi-ción y recogen los datos de los detectores. Los da-tos son extraídos, proce-sados e interpretados.
6. Detección
En la sala experimental, se coloca la muestra y un siste-ma de detección recoge la luz reflejada, difractada o transmitida. Hay muchos tipos de detectores que están especializados para cada tipo de experimento.
5. Acondicionamiento
La luz emitida pasa por una sala óptica, donde se selecciona una determinada longitud de onda a través de un monocromador.
PUNTO DE INYECCIÓN
DEL ANILLO PROPULSOR
AL DE ALMACENAMIENTO
1. Producción de electrones
Los electrones se generan de la misma forma que en un tubo de rayos catódicos de los antiguos televisores. Después, son preacelerados por campos eléctricos en un acelerador lineal.
4. Líneas de luz
La luz del Sincrotrón se propaga hasta las líneas de luz, colocadas tangencialmente en el acelerador. Hay dos tipos, según se usen rayos X generados en los imanes de curvatura, o los generados en los dispositivos de inserción.
2. Aceleración
Los electrones se aceleran con la ayuda de potentes campos magnéticos (hasta 50.000 veces más potentes que el campo magnético terrestre) hasta que adquieren una velocidad superior al 99,999% de la velocidad de la luz.
3. Almacenamiento
Los electrones se inyectan en el anillo de almacenamiento, donde mantienen una órbita circular canalizados por campos magnéticos muy fuertes. La velocidad se mantiene constante compensando la energía emitida en forma de luz con campos eléctricos alimentados con radiofrecuencia.
ACCESO
ACCESO
ACCESO
ACELERADOR
LINEAL
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