3x1 en aceleradores (siempre nos quedará París)

3×1 en aceleradores (siempre nos quedará París)

En diciembre estuve de visita en la Universidad Paris-Saclay, situada a unos 27 km al sur de la París, para dar un curso sobre aplicaciones de los aceleradores de partículas gracias a la amable invitación de uno de los pocos seguidores franceses de este blog: Aurélien. Como sabéis no suelo desaprovechar las oportunidades de ver la Torre Eiffel, y menos si en el viaje puedes visitar 3 aceleradores por el precio de 1 en el mismo campus. Aquí va mi historia…

La Universidad de Paris-Saclay se caracteriza por tener grandes laboratorios científicos, además de contar con 2 premios Nobel de Física (Pierre-Gilles de Gennes y Albert Fert), 4 medallas Fields, y a la nieta de Marie Curie paseando por el campus de vez en cuando. Que esta Universidad no es como cualquiera lo notas en cuanto andas un poco por sus calles y te cruzas con monumentos como este linac.

Acelerador lineal (linac) de 1.6 MeV en el campus de la Univ. Paris-Saclay

Así que podéis imaginar que cuando llegué al CSNSM (Centre de Sciences Nucléaries et de Sciences de la Matière) ya estaba bastante excitado por lo que había visto, pero aún me quedaba más…

1. SCALP: aceleradores de iones

El CSNSM tiene una gran instalación con un acelerador lineal de 2 millones de voltios (conocido como ARAMIS) y un implantador de 190 000 V (bautizado como IRMA), ambos diseñados para acelerar iones. Lo que hace especial a este laboratorio es que ambos aceleradores pueden conectarse con un microscopio electrónico en transmisión para sacar imágenes en tiempo real del daño por irradiación en materiales.

Esquema de la instalación SCALP. (Imagen del CSNSM)

Precisamente en SCALP hicimos la práctica de nuestro curso sobre técnicas con haces de iones, en la que les propusimos a nuestros estudiantes el reto de medir una muestra secreta y, lo mejor de todo, de averiguar lo que era (como ya hicimos con nuestras famosas falsificaciones de euro). Nuestras técnicas son tan poderosas que pueden ver todos los elementos presentes en un material detectando las partículas dispersadas o los rayos X emitidos por la muestra. Así que armados únicamente con dos espectros y las leyes de la Física nos liamos a identificar elementos como locos…

Espectros de partículas (RBS) y rayos X (PIXE) de nuestra muestra secreta.

Lo verdaderamente fabuloso es que cada una de las técnicas por separado está ciega a algunos elementos, pero cuando se combinan no hay nada que se nos escape. Lo que una técnica no ve la otra lo detecta. Así que, por ejemplo, el Al que era casi invisible en nuestro espectro de partículas, estaba clarísimo en nuestro espectro de rayos X. Cada uno de nosotros analizó la muestra por separado y luego pusimos en común el resultado. Echad un ojo. ¿Qué creéis que era nuestra muestra con esta composición?

Composición de la muestra secreta.

Mica moscovita. (Imagen de Wikipedia)

Está claro que los elementos mayoritarios son Si y O, pero también tenía mucho K y Al. Además sabíamos por su apariencia externa que era un mineral así que era fácil suponer que era un silicato, puesto que los silicatos forman el 95% de la corteza terrestre. Además este mineral se laminaba en hojas, lo que reducía aún más el grupo a los filosilicatos. Y aunque había aún varias opciones, las impurezas de potasio y aluminio parecían indicar a un mineral muy común en el granito: la mica. Todo esto, combinado con que en la caja ponía moscovita nos convenció de que estábamos en lo cierto =D.

2. SOLEIL: luz sincrotrón de primera clase

Estando en el campus no podía desaprovechar la oportunidad de ver otro gran acelerador que sólo quedaba a 8 km de distancia: el sincrotrón Soleil. Sobre todo porque en ese sincrotrón me esperaba una guía de lujo: mi amiga Diana, que está trabajando allí. Soleil tiene fama mundial, ya que junto con el ESRF (donde ya sabéis que había estado sincrotroneando), es el sincrotrón más importante de Francia. Sus electrones viajan con 2.75 GeV de energía en una circunferencia de 354 m para dar servicio a 29 líneas de haz.

Panorámica de la sala de control de Soleil. El haz de partículas está en las pantallas sobre la pared.

Así que, allí que nos metimos hasta la cocina… Y la cocina de un sincrotrón es su sala de control. Quince monitores nos daban la bienvenida a un soleado día de 451 mA. Y es que lo bueno que es un día en un sincrotrón se mide por lo estable e intensa que es la corriente del anillo. En ese momento Soleil acababa de batir su propio récord de haz, con más de 638 h sin interrupción (os hago la cuenta: casi un mes sin parar). Una de las cosas que más me gustó de la visita fue poder caminar por encima del anillo de almacenamiento de electrones. En Soleil tienen marcada la trayectoria de las partículas así que puedes sentir que pisas el acelerador. Pero Diana me tenía reservada otra sorpresa, y nos metimos hasta las catacumbas de Soleil, donde se encuentran las granjas de amplificadores para las cavidades de radiofrecuencia del acelerador (190 kW de potencia ni más ni menos). Fue el momento Matrix del día porque ver toda esa tecnología perfectamente alineada y llena de luces me recordó a las granjas de humanos de la película.  Si quereís echar un ojo vosotros mismos al sincrotrón os dejo por aquí un vídeo corto.

3. ACO: la joya oculta de Orsay

Curiosamente a unos pocos metros del CSNSM se escondía una verdadera joya: el anillo de colisiones de Orsay (ACO). Y es que veréis… Cuando la vida útil de un gran acelerador se acaba lo normal es descuartizarlo, reutilizarlo por partes en la medida de lo posible, y tirar lo que se ha quedado obsoleto. El espacio que ocupan suele ser demasiado valioso como para desaprovecharlo. Sin embargo, ACO ha sobrevivido y se ha mantenido casi como estaba en sus días de gloria. De hecho, tiene la categoría de monumento histórico y ahora es un museo que Aurélien se esforzó mucho para que viera antes de volver a casa (merci!).

Anillo de colisiones de Orsay en la actualidad

ACO fue un acelerador circular para colisiones electrón-positrón, es decir, para estudiar la aniquilación entre materia y antimateria. Se puso en marcha en 1962, y recibía los electrones a 2.3 GeV del acelerador lineal contiguo. Nuestro guía era un antiguo científico de esa época que nos contó un montón de anécdotas. Y es que ACO fue un acelerador pionero en Europa, porque su anillo se usó para producir por primera vez radiación sincrotrón. Su antigua línea de rayos X todavía se puede ver íntegramente.

Sala de control de ACO

No os tengo que contar que, con lo que disfruto yo de la historia de la ciencia, se me caía la baba viendo todos los instrumentos del laboratorio: cavidades de radiofrecuencia, detectores de partículas, imanes, monocromadores, sistemas de vacío… Fue una auténtica delicia, y me sentí un privilegiado por poder ver algo así. Sólo para comparar os dejo buscar las 7 diferencias entre la sala de control de ACO y la de Soleil.

Pero si tuviera que quedarme con un detalle de toda la visita, sería esta sencilla foto del 29 de abril de 1988. Los científicos no cambiamos. Seguimos midiendo lo soleado que está el día con la corriente de electrones en el anillo…

29 de abril de 1988, soleado con 170 mA

@DayInLab


P.D.: Le dedico esta entrada a los tres guías que hicieron de estas visitas algo muy especial para mí.