22 oct. 2015

Alba, una nova forma de mirar la matèria

Ahir dimecres, vint-i-u d’octubre va venir Ramon Pascual, investigador de l'IFAE, ex-rector de la UAB i president del sincrotró ALBA. Alba és una gran infraestructura científica situada a a Cerdanyola del Vallès, que ofereix una nova forma de mirar la matèria: amb la llum del sincrotró.

Quan els feixos de llum de l'Alba travessen la matèria se'n comprenen les seves propietats, en dimensions d'escala atòmica i amb altres perspectives. I, amb Alba, físics, químics, biòlegs i molts altres científics que estudien la matèria la comprenen i hi troben múltiples aplicacions.
El professor Pascual duia unes notes introductòries per a explicar-nos el funcionament d'una instal·lació formada per un complex d'acceleradors d'electrons que produeixen llum de sincrotró, i, gràcies a ella, es visualitza l'estructura atòmica dels materials i es poden estudiar les seves propietats. Posar de manifest l'estructura de la matèria en la mesura atòmica, no és intuïtiu.

La llum
El 2015 ha estat declarat per l'ONU any internacional de la llum i les tecnologies basades en la llum. Així que és una ocasió òptima per parlar-ne. I comencem per parlar de les radiacions electromagnètiques. L'espectre electromagnètic abasta moltes longituds d'ona.

Entre les radiacions d'ona més llarga (a l'esquerre de la figura) hi ha les de ràdio i televisió, i els infraroigs, que ens donen calor. Les radiacions de longitud d'ona entre els 380 nm i els 780 nm són les que veiem, l'espectre visible. I entre les radiacions d'ona més curta hi ha la radiació ultraviolada, els raigs X i els gamma. Aquestes radiacions d'ona més curta, són les més energètiques, i per això ens són perjudicials. La capa d'ozó de l'atmosfera n'impedeix que arribin a la Terra des de l'Espai.

Basant-se en les propietats de les diferents radiacions, hi ha tecnologies que ajuden a comprendre la matèria. Per conèixer l'univers, la matèria a gran escala, hi ha telescopis que empren diversos tipus de longitud (com es pot veure a la part inferior del quadre). El professor Pascual ens va mencionar alguns que hi ha a  l'observatori d'El Roque de los Muchachos, a la illa de La Palma, i amb qui col·labora l'IFAE. El Grantecan té un mirall de deu metres de diàmetre que rep llum visible i infraroja. El telescopi Màgic estudia raigs gamma de la radiació de Cherenkov.

Per a conèixer la matèria a petita escala, també es fan servir tecnologies de la llum, basades en unes altres mesures de longitud d'ona. Els microscopis òptics permeten de veure la matèria a escala micromètrica, mitjançant lents travessades per llum visible. Els aparells de ressonància magnètica nuclear permeten d'observar, entre altres materials, el cervell o el sistema cardiovascular per detectar petites lesions. També hi ha diverses menes de microscopis electrònics, que fan servir feixos d'electrons. I, per estudiar dimensions més petites de la matèria, hi ha acceleradors de partícules.

Els acceleradors de partícules
Els acceleradors de partícules són aparells que utilitzen camps electromagnètics per a accelerar partícules subatòmiques amb càrrega elèctrica fins a velocitats molt properes a la de la llum. D'acceleradors de partícules n'hi ha de lineals i de circulars.

Els acceleradors lineals poden servir per generar radiacions que s'empren en tècniques diagnòstiques o per a radioteràpia. I també poden incorporar-se en l'estructura d'un accelerador de partícules circular. D'aquests darrers, els més grans es fan servir per a investigar en física de partícules o en altres disciplines que requereixen estudiar  la matèria a una gran resolució.

El primer accelerador de partícules circular va ser un ciclotró, que va ser fabricat als Estats Units cap a l'any 1929, que accelerava partícules carregades. Els sincrotrons també són acceleradors circulars. Un sincrotró és un tipus particular d'accelerador de partícules circular en què el camp magnètic (que fa que els feixos es desviïn) i el camp elèctric (que accelera les partícules) estan sincronitzats de forma precisa amb el feix de partícules en moviment. Aquest feix d'electrons permet de veure la matèria a l'escala nanomètrica. Ara, estem en la tercera generació de sincrotrons.

La construcció
El sincrotró Alba és a Cerdanyola del Vallès. El procés de la seva gestació va ser lent. És una decisió major! El 1990 van començar les negociacions per aconseguir finançament. Es van fer estudis científics que en justifiquesin l'inversió. Es va valorar positivament el creixement en coneixement de la societat catalana i espanyola, tant en els aspectes més bàsics, com en els aplicats; inclòs el desenvolupament industrial associat a la fabricació d'aparells d'alta precisió, com és un sincrotró. També es van preparar els recursos humans. El 2003 va ser aprovada la seva construcció.

Un cop aprovada la construcció, en què intervenien el govern de la Generalitat i el de l'estat, un equip multidisciplinar va començar el disseny. A l'hora de la construcció, un equip vinculat a la UAB va dur la direcció d'obra de l'Alba. La construcció es va iniciar el 2006. El 2010 es van fer els primes testos operatius, i el 2012 ja iniciava la seva activitat amb usuaris externs.

La construcció de l'Alba va costar dos-cents milions d'euros. Si sembla molt, recordem que un quilòmetre de tren d'alta velocitat costa entre vint i trenta milions d'euros. D'una altra banda, a més, l'estudi previ a la construcció del sincrotró Alba va predir que la relació cost/benefici seria superior a u. L'estudi fet a posteriori, va donar com a resultat una relació força acurada a aquesta xifra. I, per damunt de tot, Alba és una gran instal·lació científica que ha de retornar beneficis a la societat per moltes altres vies.

El sincrotró ALBA
Alba requereix unes condicions estables, tant en la seva estructura, com en el subministrament d'energia. Per mantenir l'estructura estable, Alba es va construir sobre una base circular, com un dònut, de formigó d'un metre de gruix, i sobre dos metres de grava. La recta de l'edifici està fonamentat per pilars externs.

Dins els tubs on circulen els electrons, hi ha el buit. Una de les preocupacions més grans dels curadors d'Alba és que hi hagi un tall de llum, perquè si durés uns dies es perdria el buit i costaria setmanes recuperar-lo. I també ha de tenir aparells d'aire condicionat, perquè el funcionament dels aparells associats escalfa molt la instal·lació.

El seu cost de manteniment és de dinou milions d'euros l'any. Per al seu manteniment, els dilluns, s'apaga i es fan comprovacions rutinàries. També una setmana al mes, i dos mesos l'any, per Nadal i a l'estiu. En aquests moments es fan les tasques de manteniment de l'aparell. Aquestes millores, eviten que es deteriori la instal·lació, i que la seva vida útil s'allargui.

A l'Alba hi treballen entre cent-setanta i cent-vuitanta persones, en cinc divisions. A banda de la divisió administrativa, hi ha la d'acceleradors, encarregada del funcionament de l'accelerador; la de computació, que s'encarrega de vetllar pels sistemes de control i de gestió de la informació; la divisió d'enginyeria, que és transversal, i la científica, que duu el control de la part més experimental.

Les aplicacions d'Alba
L'Alba té set estacions experimentals. Cadascuna d'aquestes estacions de treball disposa d'una línia de llum específica pensada per estudiar aspectes concrets de la matèria. Tothom que estudia l'estructura petita de la matèria pot fer servir alguna de les estacions de l'Alba.

Els físics que estudien els materials i els cristalls. Els biocientífics que estudien estructures biològiques, virus, proteïnes o fàrmacs. Químics que busquen el funcionament de catalitzadors, bàsicament. I també altres estudiosos de la matèria ja no en l'aspecte científic sinó en determinacions d'una altra mena. I també es van estudiar les pintures de Pedralbes. La major part dels premis Nobel dels darrers anys, han obtingut els resultats de les seves investigacions en sincrotrons.

Dues vegades l'any hi ha convocatòria de projectes científics que hi vulguin participar. Un panell de científics selecciona els millors projectes que podran fer servir les instal·lacions, tenint en compte que el sincrotró treballarà dia i nit. En general, els diferents equips estan estudiant les seves mostres durant uns quatre dies. Si no són experts, des de l'Alba també s'ofereix suport tècnic. I, habitualment, no poden acceptar més que la meitat dels projectes que sol·liciten l'ús de la llum del sincrotró.

Alba atén tant científics experimentals com d'empresa. Si l'usuari va a estudiar per publicar ciència, l'ús de la instal·lació és gratuït. Si es tracta d'una empresa que busca una patent, es cobra 800€/hora, que és el preu de mercat entre els sincrotrons d'aquesta categoria.

També atenen científics i tècnics d'altres regions del món que volen fabricar sincrotrons i que ho demanen. Fer sincrotrons, no només fa créixer el coneixement i l'economia, sinó que uneix poblacions per una causa comuna. A Jordània s'està construint un sincrotró que uneixi científics israelians i àrabs, com el CERN va unir científics europeus després de la segona guerra mundial.

Abans d'acabar li preguntem a Ramon Pascual quan va començar a pensar en la proposta de construir un sincrotró com l'Alba. Va respondre que és una idea que la major part dels físics de partícules tenen al cap. Perquè anar a fer els experiments a altres sincrotrons i no fabricar-ne un aquí? Dóna molts avantatges a l'entorn científic i industrial de l'entorn. Només va caler esperar les condicions propícies.

Més informació
Web de l'Alba.
El sincrotró Alba. Omnis Cellula (2010:24)

Imatges: Viquipèdia

No hay comentarios:

Publicar un comentario