El sincrotró ALBA, una eina de futur

Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 35 El sinc o ó ALBA, una eina de u u Ca la P a Llenas  Alumna de l’Ins i u Llob ega , Sallen Els sinc o ons, com l’ALBA, són un ipus d’accele ado de pa ícules que enen un g an nomb e d’aplicacions en g an di e si a de camps. Són ambé una de les in e sions ac u- almen més impo an s en el món de la ísica ja que pe me en –i segui an pe me en en un u u p ope – mos a a l’ésse humà o allò que el seu ull no és capaç de eu e. Pa aules clau: sinc o ó, adiació sinc o ó, camp elèc ic, camp magnè ic, elec ó In oducció Aques a icle és ui de la eali zació d’un T e- ball de Rece ca de Ba xille a que po a com a í ol “El sinc o ó ALBA. Objec iu: C is al·log a ia mac o- molecula ”. L’objec iu del eball és conèixe i com- p end e el uncionamen d’un sinc o ó i aplica aques coneixemen a una línia d’in es igació eal de l’ALBA anomenada C is al·log a ia mac omole- cula , coneguda ambé amb el nom de XALOC. Pe al seu bon uncionamen , aques a línia e- que eix unes ca ac e ís iques mol conc e es de a- diació sinc o ó; és pe això que el p ojec e p e én du a e me els càlculs pe conèixe un segui de pa àme es ísics dels elec ons i de la adiació que, més enda an , pe me an l’ob enció de bons esul a s a la línia d’in es igació XALOC. En aques a icle s’explica què es un sinc o ó, o compa an - lo amb al es accele ado s, i quin és el seu uncio- namen . Igualmen es dóna a conèixe la impo àn- cia de la adiació sinc o ó, llum que pe me la ea- li zació de o s els expe imen s. Què és un sinc o ó? Els accele ado s de pa ícules són, des de a uns anys, els apa ells des ina s a la in es igació pe excel·lència. G àcies a la se a complexi a a ni- ell es uc u al i ecnològic el nomb e d’aplicacions que enen esul a eno me. D’accele ado s en o- bem de di e en s ipus, sen cada un la millo a de l’an e io . És d’aques a mane a que s’ha a iba al pe ecciona sinc o ó. Exis eixen di e en s mè odes d’accele ació que ens pe me en di idi -los en dos g ans g ups. L’ac- cele ació lineal la obem ep esen ada pel LINAC o accele ado lineal que u ili za camps elèc ics i ca i- a s de adio eqüència pe accele a les pa ícules. D’accele ado s ci cula s, que u ili zen camps mag- nè ics pe co ba la ajec ò ia de les pa ícules, en obem de es ipus di e en s ( aula 1). Màquina F eqüència ( ) Camp magnè ic (B) Radi ( ) Ciclo ó Cons an Cons an Augmen a amb l'ene gia Sinc o- ciclo ó Va iable Cons an Augmen a amb l'ene gia Sinc o ó Va iable Va iable Cons an Taula 1. Resum esquemà ic dels es ipus d’acce- le ado s ci cula s i les se es p incipals di e ències. El sinc o ó esul a se una millo a dels accele- ado s an e io s, ja que a di e ència dels dos al es models, el camp magnè ic i el camp elèc ic es an so p enen men sinc oni za s, e que es adueix en un g an nomb e d’a an a ges; pe això és el que ac ualmen s’u ili za en les in es igacions. Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 36 Podem di e encia en e dos ipus de sinc o- ons. El p ime , conegu com a Col·lisionado –de l’anglès collide – a e ci cula dos eixos de pa í- cules en sen i con a i pe e -los xoca i pode es- udia el que esul a d’aques ene gè ic xoc; un bon exemple n’és el conegu LHC si ua al CERN, a Gi- neb a. El segon, en can i, acumula les pa ícules i les man é ci culan du an lla gs pe íodes de emps i és pe això que se’l coneix com a Anell d’emma- ga zema ge o S o age ing. El sinc o ó ALBA és l’exemple més p ope que enim d’aques ipus de sinc o ó. Quin és el seu uncionamen ? A l’ALBA les pa ícules ca egades que ci culen al lla g dels seus ubs de bui són els elec ons. Pe aconsegui que els elec ons o min un co en es- able han de se p è iamen accele a s ins a asso- li la se a ene gia inal. Aques p océs se sol e en dues e apes ( ig. 1): la p ime a mi jançan un LI- NAC (accele ado lineal) que p opo ciona als elec- ons al ol an d’un 10% de la se a ene gia o al; i en la segona e apa s’u ili za un accele ado ci cula que pe me assoli l’ene gia inal d’injecció. Un po- en camp elèc ic a iable és el que s’enca ega d’accele a les pa ícules men e que pe des ia - les s’u ili za un camp magnè ic si ua pe pendicu- la men al pla de la ajec ò ia. El camp magnè ic no només s’enca ega de co ba el eix de pa ícu- les mi jançan iman s dipola s sinó ambé de oca- li za -lo mi jançan iman s quad upola s i sex upo- la s. Cal eni en comp e que el camp magnè ic no al e a mai l’ene gia d’una pa ícula; és pe això que al lla g de l’anell d’emmaga zema ge hi obem uns ams ec es on s’hi si uen les ca i a s de adio e- qüència que p opo cionen al eix de pa ícules l’ene gia que ha pe du pe adiació a cada des ia- ció. La adiació sinc o ó Quan el eix de pa ícules ca egades és co ba pe l’acció d’un camp magnè ic pa eix una accele- ació cen ípe a eme en una llum de p opie a s ex- ao dinà ies: la adiació sinc o ó, descobe a ca- sualmen l’any 1947. En un sinc o ó com l’ALBA és aques a adiació la que s’u ili za pe a o s els expe- imen s i, pe an , és essencial. En can i, en un sinc o ó com l’LHC aques a llum esul a se una pè dua d’ene gia i s’in en a e i a al màxim. Pe pode du a e me expe imen s com els que es an a l’ALBA calen unes ca ac e ís iques mol conc e es de la llum, ca ac e ís iques que la adia- ció sinc o ó ens o e eix en o a egla. En p ime lloc cal di que el seu ang espec al és immens i que a des de l’in a oig ins als aigs X més ene - gè ics; no exis eix cap on de llum con encional que cob eixi un espec e an ampli. Una de les se- es p opie a s úniques és la se a al a in ensi a , anomenada ambé b illan o , que pe me eali za expe imen s en emps mol pe i s i amb una al a e- solució d’ene gia. Això pe me obse a p ocessos en emps eal, com pe exemple qualse ol ipus de ans o mació es uc u al. Figu a 1. Esquema ípic d’un sinc o ó on es poden eu e les di e en s e apes d’accele ació. Fon : Tesi d’Aseem Sha ma. Una de les ca ac e ís iques que di e encia els sinc o ons de e ce a gene ació, com l’ALBA, de la es a són els anomena s disposi ius d’inse ció, que són iman s mul ipola s que p odueixen un mo i- men ondulan mol pe i del eix d’elec ons que a que eme i llum en cada un dels ams co ba s. El esul a és un eix ex emadamen b illan . Aques s ipus de disposi ius, conegu s com ondulado s, han pe mès un augmen de ins a cinc o d es de magni- ud en la b illan o espec e als de segona gene a- ció, basa s exclusi amen en iman s de cu a u a. Una al a ca ac e ís ica impo an a des aca de la adiació sinc o ó és que es à pola i zada. Aques e pe me ob eni in o mació es uc u al i magnè i- ca de la mos a que s’es à es udian . Dues al es ca ac e ís iques que ambé són p ò- pies de la llum sinc o ó són la cohe ència i l’es- uc u a empo al del eix d’elec ons. Els ondula- do s són els disposi ius que pe me en l’ob enció de Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 37 adiació cohe en . Pel què a a l’es uc u a empo al del eix cal di que es à o ma pe “paque s” sepa- a s pe una ce a dis ància ( ig. 2). Figu a 2. Compa ació dels eix de llum p oduï pe un iman de cu a u a i pe un ondulado . Figu a 3. Densi a de o ons exp essada mi jançan la b illan o en unció de l’ene gia; s’hi po ap ecia la di e ència en e els iman s de cu a u a i els on- dulado s. Pe sob e dels ondulado s només hi ha els LEL, làse s d’elec ons lliu es. Fon : Gu ié ez i al. (2004). Els pe íodes que sepa en un pols de l’al e són de l’o d e de nanosegons; al sinc o ó ALBA, con- c e amen , es eballa amb un pe íode de 2ns. A- ques a ca ac e ís ica és de g an u ili a pe exem- ple, a l’ho a de e expe imen s en els quals s’exci a algun p océs in e n d’una mos a mi jançan un pols de llum i s’es udia la se a eacció du an l’in e al de emps que queda ins al pols següen . D’aques a mane a la adiació, que en els seus inicis es c eia que e a una pè dua, esde é la base pe qualse ol expe imen que es eali zi al sinc o- ó. Malg a o , els sinc o ons no són màquines pe ec es i ambé enen els seus desa an a ges i incon enien s. Pe comença cal oba un lloc que compleixi les condicions que una es uc u a d’aques es dimensions demana, on l’es abili a és p imo dial. Jun amen amb això apa eix el p oble- ma de l’espai; malg a que el sinc o ó hagi pe mès soluciona el p oblema de les ex emes dimensions dels an ics accele ado s no deixa de se una mà- quina gegan . Òb iamen , i degu a la se a com- plexi a , el seu cos esul a se mol ele a . Pe so- nalmen , pe ò, penso que ealmen al la pena in- e i en ins al·lacions ecnològicamen a ançades com aques a ja que les se es aplicacions no no- més es queden en el camp de la ísica de pa ícu- les, sinó que aga en un ampli en all amb mol es aplicacions que ajuden a la millo a de la nos a quali a de ida. Conclusions En aques s úl ims anys els sinc o ons han es- de ingu un eina mol e icaç pe a la ece ca. Aques es màquines, capaces de sinc oni za a la pe ecció el camp elèc ic amb el camp magnè ic, han pe mès que mi jançan l’accele ació d’elec ons es p odueixi una llum, la adiació sinc o ó, de p o- pie a s excepcionals i mol ú il a la p àc ica, esde- enin onamen al pe a pode descob i o allò que ins a ui ha es a ocul al nos e ull humà. Ag aïmen s Dono les més since es g àcies a les dues pe - sones que han e possible la eali zació d’aques T eball de Rece ca: al meu u o Josep Oli ella pe ha e -me guia i acompanya des del començamen i a la D a. Mon se Pon del sinc o ó ALBA, pe què sense ella el eball no hagués es a possible i pe o a la paciència i a enció que m’ha mos a al lla g dels mesos que a du a la eali zació del eball. Bibliog a ia GUTIÉRREZ, Mai e (2010). Y se hizo la luz. La Vangua dia. 22-3-2010 pag. 26 – pag. 27 Ciències 19 (2011) Ap o undim en la ciència 38 GUTIÉRREZ, Alejand o; MARTÍN-GAGO, J. Ángel; FERRER, Sal ado . (2004). La luz sinc o ón: u- na he amien a ex ao dina ia pa a la ciencia. A- pun es de Ciencia y Tecnología. Núme o 12, pág. 37 – pag. 45 WALKER, R.P, (1994). Synch o on adia ion. Ce n Accele a o School. Núme o 26. FALONE, An onio (2010). Linea s Accele a o s. AL- BA [Da a de consul a: Desemb e 2010] web