diumenge, 19 de desembre de 2010

Sincrotró ALBA

Visita al Sincrotró ALBA

El proppassat 7 de desembre de 2010 un grup de socis de l' Agrupació Astronòmica de Sabadell vam visitar les instal·lacions de la font de llum de sincrotró ALBA, situades a Cerdanyola del Vallès. Vam ser acompanyats durant la visita pel Sr. Gastón Garcia (Físic col·laborador d'ALBA) que ja, prèviament, ens n'havia explicat els pormenors en una amena i documentada conferència que havia tingut lloc a l'auditori de l'Agrupació el passat més d'octubre.

La font de llum sincrotró ALBA és un complex d'alta tecnologia cofinançat pel govern Espanyol i la Generalitat de Catalunya i és gestionat pel Consorci per a la Construcció, Equipament i Explotació del Laboratori de Llum de Sincrotró ( CELLS ). La seva finalitat bàsica és la producció i aplicació de llum sincrotró dedicada tan a la recerca científica com a l'aplicada.

Per reproduir correctament aquest contingut és necessari instal·lar el programari Adobe Flash Player. Si us plau, baixeu-vos l'última versió, només us requerirà uns instants.
A l'esquerra el vídeo que acompanya la nota de premsa de la Generalitat de Catalunya publicada arran de la inauguració d' ALBA.

Fa un passeig per les instal·lacions de la mà del Dr. Ramon Pascual (President del Consell Executiu del CELLS) i del Dr. Joan Bordes (Director del CELLS) que fa una explicació molt didàctica sobre el funcionament i les aplicacions de la llum sincrotró; així com de les futures perspectives empresarials d'ALBA.

La font de llum sincrotró ALBA va ser inaugurada oficialment: el proppassat 22 de març d'enguany per part del President del Govern Espanyol Sr. José-Luís Rodriguez Zapatero i el President de la Generalitat de Catalunya Sr. José Montilla, entre d'altres autoritats i personalitats.

Foto de l'acte inaugural acompanyant la 
nota de premsa del Ministeri de Ciència i Innovació  publicada al web del Ministeri del Govern Espanyol.

A la foto podem veure, d'esquerra a dreta, el Dr. Ramon Pascual (Dtor. del CELL), el Sr. Josep M. Huguet (Conseller de la Gen. de Cat.), el Sr. José Montilla (President de la Gen. de Cat.), el Sr. José-Luís Rodriguez Zapatero (President del Gov. Esp.) i la Sra. Cristina Garmendia (Ministra de Ciència i Innov.).

Accés al vídeo de la pàgina web del CELLS
editat en motiu de la inauguració d'ALBA (s'engega automaticament en entrar a la pàgina).

Fa un resum molt entenedor sobre què és un accelerador sincrotró i centrant-se en l'ALBA en descata la seva importància, funcionament i aplicacions. No us el Perdeu...!!!




 

Què és la llum sincrotró? és una llum molt intensa, focalitzada, polaritzada i d'un ampli espectre de longituds d'ona, ja què va des dels raigs X fins a l'infraroig passant per la llum visible. En una comparació matussera vindria a ser, doncs. com un làser potentíssim d'ampli espectre.

És produeix quan un feix d'electrons que es mou a  velocitats pròximes a la de la llum, el que es coneix com a velocitats relativistes, és sotmès a una força externa que corba la seva trajectòria provocant-li una disminució de l'energia interna. Aquesta energia sobrera no desapareix sinó que es transforma instantàniament en un esclat molt viu de radiació, conegut com a llum sincrotró.

Funcionament del sincrotró ALBA 
- Tot el procés comença en l' accelerador lineal (Linac) on es genera un feix d'electrons arrancats d'una superfície metàl·lica escalfada a una temperatura de 1.000 ºC (el procediment s'assembla bastant al que es feia servir en les vàlvules termo-iòniques que equipaven els antics aparells receptors de radio) i se'ls accelera amb potents imants fins atènyer una energia de 100 milions d' electró-volts (100 Mev).

Principals components del sincrotró ALBA.
Foto:   Nota de premsa de la Generalitat de Catalunya
- Seguidament s'inserten al segon accelerador, l'anomenat anell propulsor (Booster), on s'hi apliquen potentíssimes forces electromagnètiques fins que els electrons atenyen una energia de 3.000 Mev i velocitats properes a la de la llum.

- Un cop assolida aquesta altíssima velocitat i energia se'ls transfereix al tercer accelerador, o anell d'enmagatzematge (Storing Ring), constituït per un tub circular de forma toroïdal de 270 metres de diàmetre a l'interior del qual, i  per tal d'evitar les pèrdues energètiques que comportaria la col·lisió dels electrons a alta velocitat amb les molècules d'aire, s'hi ha practicat un nivell de buit molt semblant al que existeix a l'espai interestel·lar, es a dir amb una pressió residual inferior a la mil milionèsima part (10^-9) d'un bar, que és una unitat de pressió molt similar a la de la pressió atmosfèrica terrestre al nivell del mar.
Per a que us feu una idea de l'enorme velocitat que porten aquests electrons relativistes heu de tenir en compte que en un segon fan 354 mil voltes! a l'anell d'enmagatzematge. Però... sabeu aquella dita que diu "que a cada bugada s'hi perd un llençol"?.  Doncs això mateix, salvant les distàncies, també passa en aquest cas; a cada deflexió del raig d'electrons per corbar-lo i cenyir-lo a  la trajectòria circular de l'anell (en realitat es tracta d'una trajectòria poligonal formada per petits i nombrosos segments rectilinis) s'hi perd energia en forma d'emissions potentíssimes de llum sincrotró. Per tant, si no es vol perdre la velocitat, que tant ha costat de guanyar! cal anar compensant permanentment les pèrdues a base d'anar-los reaccelerant amb potents bobines electromagnètiques.
Com veieu la cosa no és fàcil..., ni de bons tros! i les quantitats d'energia elèctrica "devorades pel monstre..." són, com molt bé podeu suposar, molt i molt... astronòmiques!.

laboratoris experimentals (Beamlines), situats tangencial i perifericament a l'anell d'enmagatzematge. Aquests en el moment oportú deriven els potents polsos de llum sincrotró cap als punts de treball, on seran filtrats i seleccionats (raigs X d'una determinada longitud d'ona, etc.) segons els requeriments experimentals.

Esquema de l'entrada de la llum sincrotró als laboratoris experimentals.
Foto: CELLS. What is a synchrotron?

Equipament d'un laboratori
Foto: CELLS. What is a synchrotron?

Detall del laboratori BL13-XALOC dedicat
a la recerca sobre cristal·lografia molecular
Foto: CELLS. Macromolecular Crystallography

















Qualitats de la llum sincrotró: com que és una llum tan intensa, focalitzada i extremadament fina; bàsicament formada per raigs X amb longituds d'ona compreses entre10 pm i 10 nm resulta ser molt penetrant, la qual cosa fa possible l'observació de detalls situats a gran profunditat i, sobretot!, amb una resolució molt fina; ja què d'acord amb els treballs de Rayleigh sobre la difracció i el poder de resolució de la llum això és funció directa de la longitud d'ona amb la qual s'observa un objecte.
En definitiva, i per dir-ho d'una forma sintètica, que es tracta, doncs, d'un potentíssim microscopi amb capacitat per penetrar fins a capes profundes i per a assolir una bona resolució en l'observació de detalls tan petits com ho són les estructures cristal·lines i moleculars de la matèria.
Per copsar la importància que té la resolució òptica, fixeu-vos en les tres fotografies següents. Representen el mateix objecte però estan fetes amb tres nivells de resolució diferents i observeu... la diferent definició i capacitat per apreciar-ne els detalls.


Exemple de la importància del poder de resolució òptica en la definició i apreciació de detalls.
Foto: Wikimedia Commons. Resolution test

Quines aplicacions tindrà la llum del sincrotró ALBA? Doncs moltes i en camps de recerca tan variats com: La Física per a determinar estructures electròniques en fluids i sòlids. La Química per a millorar reaccions catalítiques. Les tècniques d'anàlisis i assaig de Materials per a l'estudi de la matèria a escala manomètrica. Les Ciències Ambientals per a la detecció de contaminants a nivell de traces. La Biologia per a aplicacions de recerca en estructures moleculars de proteïnes i àcids nucleics. La Medicina per a aplicacions d'imagineria i radioteràpia. L'Electrònica per a la litografia i fabricació de microxips. El Patrimoni Cultural per a analitzar obres d'art antigues amb anàlisis no destructives. La Paleontologia i l'Arquelogia per a les anàlisis no destructives de mostres i fòssils.

Aplicacions de la llum sincrotró
Foto:  CELLS. What is a Synchrotron? 

Estat actual d'ALBA En l'actualitat (desembre 2010) són set els laboratoris que es troben en una fase molt avançada de proves i posada a punt i no trigaran gaire en ser aviat del tot operatius. Les instal·lacions estan dissenyades per acollir fins a un total 33 laboratoris i se li ha calculat una vida útil de 30 anys.

Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada