El sincrotrón Alba: Qué es, cómo funciona y para qué sirve

El sincrotrón Alba, situado en Cerdanyola del Vallès (Barcelona), es una de las mayores infraestructuras científicas españolas que se hayan construido hasta ahora. Con unas instalaciones de 22870 metros cuadrados y un edificio principal que ronda los 200 metros de diámetro, se erige como uno de los mejores del mundo, convirtiéndose en todo un empujón para la ciencia española. La creación de este sincrotrón ha costado nada menos que 200 millones de euros... ¿están bien invertidos? Para responder a la pregunta, no hay nada mejor que entender esta construcción y conocer su funcionamiento.

Pero empecemos por el principio. ¿Qué es eso de "sincrotón"?

Básicamente, un sincrotrón es un anillo enorme en el que giran electrones a una velocidad muy cercana a la de la luz, los cuales producen una luz muy especial. Esta luz tan especial tiene unas ondas muy intensas y con características especiales, por lo que permiten ver estructuras invisibles con luz normal.

Esto puede sonar algo raro, pero en realidad su funcionamiento es realmente sencillo. Primero, una especie de cañón "dispara" un haz de electrones que se aceleran en un acelerador lineal mediante la energía magnética (esta energía tiene un poder 20000 veces mayor que el del campo magnético de la Tierra) y energía eléctrica. Cuando acaba este proceso, los electrones alcanzan una velocidad del 99'999% de la velocidad de la luz. Una vez que están acelerados, salen de ese acelerador lineal y se introducen en un anillo gigantesco que sirve como almacén, donde están girando en el vacío con una energía constante durante horas.

Mientras los electrones están girando en ese enorme anillo, una serie de imanes controlan su estado y les permiten producir una luz muy potente. ¿Pero cómo se coge la luz emitida para aprovecharla? Sencillamente, hay una serie de conductos situados de forma tangente al círculo por donde se "escapa" la luz. Como los electrones van girando en forma de paquetes, cada vez que pasan cerca de estos conductos un destello entra en ellos.



En la imagen que hay sobre estas líneas podéis ver las partes anteriormente mencionadas. Vamos a resumir de nuevo la explicación pero mirando al dibujo: La línea recta que hay dentro del gran círculo es el cañón de electrones, ahí es donde empieza todo. Allí, junto con el círculo pequeño al que está conectado ese cañón, es donde se aceleran los electrones. El gran círculo que ocupa la mayoría de la imagen es el almacén al que van a parar los electrones en movimiento, y esas líneas tangentes al círculo que hay rodeando todo el circuito son los conductos por donde salen los destellos de luz producidos por los electrones.

Si tenemos claro este funcionamiento, prácticamente ya habremos entendido cómo funciona un sincrotrón. Pero queda saber un último paso, ¿qué se hace con la luz extraída?

Lo primero es entender las propiedades de esa luz: Es muy intensa, de hecho sus ondas son casi un billón de veces más intensas que las de la luz normal, que permite ver desde los rayos X hasta los infrarrojos. Pero además, la longitud de onda de esa luz es más pequeña que la luz normal. Este punto es de gran importancia, ya que gracias a esa longitud tan pequeña, se pueden estudiar procesos imposibles de ver con luz normal (la cual tiene una longitud de onda mucho mayor). Esta radiación emitida, también llamada luz de sincrotrón, llega entonces a las estaciones de trabajo.

A vuestra izquierda podéis ver una estación de trabajo típica de un sincrotrón. La luz de sincrotrón llega hasta allí, y atraviesa las muestras que los científicos quieren estudiar. Mientras el objeto estudiado es atravesado por la luz, un detector especial se encarga de recoger todo lo que ocurre. Como recordaréis, los electrones viajan en forma de paquetes que emiten destellos en forma de un flash cada vez que pasan por uno de estos conductos tangentes al circuito; pero como viajan a una velocidad tan cercana a la luz, obtenemos una especie de fotograma del proceso. Finalmente, los científicos analizan los datos obtenidos y los estudian. Así acaba el viaje de nuestro sincrotrón.

Y ahora que ya conocemos todo lo básico sobre el sincrotrón Alba, por fin podemos valorar para qué nos sirve. Sus usos se extienden por multitud de campos diferentes, y supone una herramienta de trabajo insustituible para ciertas investigaciones. Por poner algunos ejemplos, podemos destacar los siguientes:

- Investigación química: El análisis de los elementos químicos permite la diversificación y mejora de los procesos químicos en muchos ámbitos, como por ejemplo en su propio estudio o en la producción de materiales como adhesivos, lubricantes, objetos impermeables... El estudio de los procesos químicos que suceden en estructuras invisibles para la luz normal puede aportar nuevos conocimientos en este campo.

- Investigación de materiales científicos: Los rayos sincrotrón permiten un estudio en 3D de moléculas y proteínas que no podrían haber sido estudiadas con luz normal. A la hora de estudiar en profundidad este tipo de estructuras tan pequeñas, así como de los procesos que ocurren en ellas, el sincrotrón es imprescindible.

- Magnetismo: De nuevo, la luz de sincrotrón es una gran ayuda para estudiar todo lo relacionado con el magnetismo, como el estudio del dicroísmo en rayos X. También se aplica en el estudio de las microestructuras magnéticas.

- Investigación sobre la vida: ¿Cómo infecta un virus a una célula? ¿Y cómo convierte la energía química en movimiento un músculo? Todo ello y muchas cosas más se estudian bajo la luz del sincrotrón. Proteínas, enzimas, hormonas, macromoléculas, virus... son estudiados en el sincrotrón Alba.

- Estudio macromolecular: Esta área de estudio es útil tanto para la investigación científica como para la industria. Desde que se finalizó el proyecto del genoma humano, es posible estudiar las estructuras de proteínas y moléculas que están relacionadas con cierta tarea vital. Es uno de los campos en los que se está trabajando con más intensidad.

- Industria: Incluso la industria tiene cabida en el sincrotrón Alba. Antiguamente, procesos de producción de cerámica o polímeros dependían de la habilidad del experto que los hacía. Ahora, en el sincrotrón se estudia al detalle cualquier proceso industrial para optimizarlo. También se estudian materiales relacionados con la informática e incluso con la medicina, ya que pueden surgir nuevos fármacos a partir de estas investigaciones.




PD: Esta entrada va a ser mi segunda aportación a la IX edición del Carnaval de Física, una iniciativa para divulgar la física que en esta ocasión estará organizada por César, en su blog Experientia Docet (mi primera aportación la podéis ver aquí).

Fuentes
¿Qué es un sincrotrón? - Cells.es
El mundo microscópico bajo una nueva luz - Revista Redes nº4
1ª imagen
2ª imagen
3ª imagen

15 comentarios:

Marcos Callau dijo...

Desconocía totalmente que existiera este edificio. Entonces, ya no digamos el sincrotón.

Dani dijo...

Muy bien explicado, Cendero, y lo más importante aún, gracias a tu post mucha gente descubrirá esta proeza de la ciencia española.

Didático y de actualidad. Buena entrada para el Carnaval de Física

Alejandro dijo...

Pues si, yo soy otro de los que se declara ignorante de ambas cosas, que miedo, parece el acelerador de hadrones! Pero también, que interesante! Ciertamente, muy bien explicado, así da gusto interesarse por estas temas que salvo un gran interés y curiosidad mi desconocimiento es mayúsculo!!!
A ver si inventan ya (ya se que las investigaciones en magnetismo que hacen no tiene nada que ver con lo que diré) un sistema que recree la gravedad y los viajes en el tiempo no sean tan coñazo o perjudiciales para el hombre; con lo fanático de Star trek que soy y lo lento que van las investigaciones en materia de viajes especiales!!!

Saludos, Cendrero!

Leviatán dijo...

Yo también desconocía totalmente que existiera esta estructura tan interesante. Desde luego, en mi opinión son 200 millones de euros muy bien invertidos. Todo lo que sea invertir en ciencia revertirá para bien en los seres humanos y en su desarrollo.

Muy bien explicado, y muy interesante el artículo. Saludos!!

Alive dijo...

Excelente artículo, creo que hace unos meses hablaron de este sincrotrón por los medios de televisión, aunque vagamente y muy poco.

Saludoss.

Cendrero (Adm. El Busto de Palas) dijo...

Hola a todos, gracias por los comentarios.

@Marcos: Para eso estaba esta entrada, para darlo a conocer entre todos, nadie nace aprendido. Si ya lo conocierais, no me habría molestado ;) Espero haberme explicado bien en la entrada, gracias Marcos.

@Dani: Verdaderamente esto es todo un logro para España. Ya era hora de que tuviéramos algo así y que nuestros científicos ya no tengan falta de material (o tuvieran que irse fuera de España) en este campo. Todavía falta bastante, creo que lo que se destina en investigación y ciencia en España es inferior a la media, pero esto ya es un paso. Gracias Dani, me alegro de que te gustara.

@Alejandro: Se parece al gran acelerador de hadrones (LHC), pero en realidad es bastante diferente, que no te engañen las apariencias. Por ejemplo, el LHC es un colisionador, en el que los protones chocan para simular situaciones similares a las del origen del universo. Además, el LHC es mucho más grande para que no se pierda energía y no se emita luz de sincrotrón; mientras que el Alba es más bien lo contrario, se quiere conseguir esa luz. También cambian las finalidades: En el LHC se está intentado descubrir partículas y estados del origen del universo, mientras que el Alba tiene una función más parecida a la de un microscopio, ya que se pretenden estudiar átomos, moléculas...

Respecto a los viajes en el tiempo, no creo que en el Alba se vayan a estudiar, la verdad XD Pero por no dejarte así, te paso un artículo sobre el tema. Muchas gracias por pasar por aquí ;)

@Leviatán: Yo también lo creo así, es algo bastante bien invertido, de las mejores decisiones que se han dado últimamente en España. Teniendo en cuenta que en materia de ciencia España no siempre está entre las primeras. Me alegro de que descubrieras el sincrotrón Alba con este artículo Leviatán, muchas gracias.

@Alive: Yo tampoco he oído hablar mucho de ello en la televisión. En los periódicos sí que se han colado varias noticias sobre su inauguración, ha tenido algo de reconocimiento. En la tele, quizás en algún informativo, pero sin extenderse demasiado (al menos que yo sepa, tampoco es que vea mucho la televisión). Me parece que el LHC tiene más reconocimiento en España que el Alba, increíble. Gracias por pasar por aquí Alive :D

Alejandro dijo...

Quería decir viajes en el espacio, es que lo escribí a las tantas y se mue fun un poco la ola, jeje! Aunque también es cierto que en toda la saga a veces abusan del recurso ir para atrás/adelante para hacer chapuzillas.

No si lo de viajar en el tiempo no creo que sea tan fácil como jugar con átomos, algo me dice que va de estirar el espacio pero en todo caso hacia adelante, para atrás no lo veo/entiendo, cuando pueda le hecho un vistazo al link. Que también me has pillado en un mal momento!

Saludos!

Antonio L. dijo...

Cendrero me encanta esta entrada. Veo que en tus fuentes mencionas a la revista Redes que Dani nos recomendó, la verdad es que se aprende mucho con ella.

Es bueno que nuestro país muestre interés en invertir en cosas así. Gracias a este sincrotón y a sus múltiples aplicaciones no tengo la menor duda de que vamos a poder ser testigos de interesantísimos estudios y descubrimientos.

Aunque no tiene nada que ver con el LHC no puedo evitar recordarlo. Podrías escribir algo sobre él, sería muy interesante.

¡¡¡SALUDOS!!!

Cendrero (Adm. El Busto de Palas) dijo...

@Alejandro: Hombre, es que Star Trek, a pesar de ser una muy buena serie, es al fin y al cabo de ficción ;) El artículo que he dejado no va a resolver los viajes en el tiempo, pero por lo menos dan una alternativa que supuestamente resolvería la paradoja del abuelo.

@Antonio: Gracias, me alegro de que te gustara. La revista de Redes yo la compro siempre que puedo, la verdad es que tienen algunos artículos serios que no tienen otras revistas científicas (del tipo Muy Interesante o Quo). Usan mucho la imagen de Punset para vender, a pesar de que él no escribe todos los artículos, pero lo importante es que en el contenido es riguroso.

Esperemos que sea así y que el Alba empiece a dar pronto buenos resultados, a ver si rentabiliza su gasto. Yo no dudo que vamos a obtener mucho de él. Respecto al artículo del LHC, me apunto la idea, algún día lo haré.

Saludos a todos y gracias por comentar :)

José Pablo dijo...

Fabuloso post e increíble laboratorio.

Cendrero (Adm. El Busto de Palas) dijo...

Gracias José Pablo, me alegro de que te gustara. Las instalaciones del Alba son increíbles, sin duda alguna. Esperemos que le saquen buen provecho a esta maravilla tecnológica. Gracias por pasarte por aquí, saludos.

Alejandro dijo...

Acabo de ver oir en Btv en las notícias (Barcelona Tv) mientras hacía un zapping que hablaban del sincroton, asío que no es tan "secreto" como yo y otros pensábamos! Es más, una construcción así no podía pasar desapercibida!

Saludos!

Cendrero (Adm. El Busto de Palas) dijo...

¡Me alegro mucho de que saliera por televisión! A ver si por lo menos conseguimos que se conozca un poco el funcionamiento básico. De todas formas, seguro que por allí, en Barcelona, se hablará más que en cualquier otro lugar de España, ya que las instalaciones las tenéis situadas al lado, sois casi vecinos del Alba.

Gracias por el dato Alejandro :)

JOSE MARIA dijo...

Ahora que tanto se teme por la redioactividad de las centrales nucleares, hay peligro para los que vivimos cerca del sincotron?

Anónimo dijo...

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