Visita al sincrotró

Fa uns dies vaig tenir l'oportunitat de visitar el sincrotró Alba, a Cerdanyola, que és una de les instal.lacions científiques més destacades de Catalunya i Espanya. Aquí va un resum de les explicacions que ens van donar.

Vista aèria del sincrotró Alba - Foto: Cells

Un sincrotró genera feixos de llum d'alta brillantor (intensitat) en múltiples longituds d'ona (des d'infraroigs a raigs X), que s'utilitzen per estudiar l'estructura de materials de tota mena (metalls, teixits biològics, etc.)

Els sincrotrons presenten avantatges respecte a altres instruments com ara els microscopis electrònics (aquests maten el teixit biològic) o els làsers (els raigs X ofereixen més resolució i més longituds d'ona).

Per generar el feixos de llum, el sincrotró accelera electrons fins a velocitats properes a les de la llum (velocitats relativístiques).

Els electrons es generen escalfant a alta temperatura un material metàl.lic (tungstè). Un cop alliberats, passen per un accelerador lineal que els porta a una energia de 100 megaelectronvolts (MeV). D'allà passen a un primer anell d'acceleració on, a través de camps magnètics molt potents, se'ls porta a nivells d'energia de 3.000 MeV (o sigui 3 GeV, gigaelectronvolt). Després passen a un tercer anell d'emmagatzematge. A conseqüència de la velocitat i de la trajectòria circular (el tercer anell fa uns 250 metres de circumferència), els electrons desprenen radiació (llum) en direcció tangencial a la seva trajectòria circular. (En realitat desprenen raigs X' que no són visibles).

Diagrama del sincrotró. Cliqueu per ampliar la imatge.
 El rectangle que hi ha a la posició de les 11 (LINAC) és l'accelerador lineal.
El cercle groc són els dos anells d'acceleració. Els pics que vorejen l'exterior del
cercle són les sortides de llum i els rectangles que hi estan connectats són
les línies de llum.
Foto: Josean Lavado

Vista general de l'interior. La construcció gris que es veu a la dreta és la caixa de
formigó dins de la qual es troben els anells d'acceleració i d'emmagatzematge.
El formigó frena les radiacions ionitzants que genera el sincrotró quan està en
funcionament (el personal que hi treballa porta dosímetres de radiació per controlar
el nivell d'exposició; el dia de la visita la instal·lació estava inactiva i no generava radiacions).

Una altra vista interior

La sortida dels feixos de raigs X es fa per unes escotilles, darrera de les quals es situen les "línies de llum", amb l'instrumentació necessària per utilitzar la llum del sincrotró per a les aplicacions requerides. La llum generada no és coherent (té molts "colors", és a dir longituds d'ona diferents). Per obtenir el "color" desitjat es fan servir una aparells anomenats monocromadors, que permeten aillar la longitud d'ona desitjada.

Les tapes grogues són les escotilles per on surt el feix de llum

Monocromador

Vista parcial d'una línia de llum

En total, a l'Alba hi ha capacitat per 33 escotilles, però ara per ara només se'n utilitzen 7 (sembla que per motius pressupostaris; la instal.lació es va programar i dissenyar molt abans que esclatés la crisi).

Murphy també treballa a l'Alba

Les aplicacions del sincrotró són diverses: indústria farmacèutica, de cosmètics, metal.lurgia medicina, microelectrònica... Per exemple, es pot veure l'estructura de l'ADN. De fet, la resolució pot a arribar a 1,6 angstroms (el diàmetre d'un àtom d'hidrogen és de 1 angstrom).

El poden utilitzar tant els investigadors de centres públics (ús gratuit, el projecte passa un procés de selecció) com de la indústria privada (que paga un canon d'utilització).

És un instrument molt complexe - per exemple, els tubs pels quals circulen els electrons s'han de mantenir a una pressió baixíssima, de 10*-12 bar, que és equivalent al buit interestelar. Per evitar interferències de l'entorn i maximitzar l'estabilitat mecànica, tèrmica i elèctrica, tot l'aparell està muntat damunt una llosa de formigó independent de la resta de l'edifici, i que reposa sobre una gruixuda capa de grava i una altra d'argila.

Aquesta junta és, de fet, una separació. La part interior
és totalment independent de l'exterior (on hi ha el guia)

Per mantenir l'aïllament mecànic, les escales que provenen de l'edifici
d'oficines no toquen el terra de la llosa de formigó on es troba la maquinària.

El funcionament del sincrotró requereix una gran quantitat d'energia elèctrica perquè la massa que ha de moure és molt gran. Això pot semblar contradictori perquè la massa d'un electró es molt petita en condicions normals (9,1093829140×10⁻³¹ kg), però al circular a velocitats properes a la de la llum, i per efecte de la teoria de la relativitat, la seva massa augmenta espectacularment.

Al sortir de la visita vaig fer una parada a la cafeteria i em vaig trobar amb una situació insòlita en un entorn de tan alta tecnologia: no hi havia caixa registradora i la cambrera va fer el compte pel sistema tradicional: una suma a llapis en una llibreta. I el rebut també va ser 100x100 manual.

Una altra curiositat és que el sincrotró es diu Alba, però la seva web és www.cells.es. Els meus companys i jo vam estar mirant d'endivinar a què responia l'acrònim, però no ens en vam sortir. Amablement, a recepció ens van explicar que vol dir Consorci per a l'Explotació de la Llum del Laboratori Sincrotró. Coses de la burocràcia... 

(Gràcies a Josean Lavado per permetre'm utilitzar alguna de les seves fotos).