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Desafíos compartidos

Ocho empresas se integran al esfuerzo tendiente desarrollar los componentes de la fuente de luz sincrotrón Sirius

Maqueta en tamaño real de un tramo equivalente a un vigésimo del túnel del Sirius, una de las primeras fuentes de luz de cuarta generación del mundo

Léo RamosMaqueta en tamaño real de un tramo equivalente a un vigésimo del túnel del Sirius, una de las primeras fuentes de luz de cuarta generación del mundoLéo Ramos

La FAPESP y la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) anunciaron el resultado de una selección pública destinada al desarrollo de componentes del Sirius, la nueva fuente de luz sincrotrón de Brasil que entrará en operación en 2018. Fueron seleccionadas ocho empresas con el objetivo de superar 13 desafíos científicos y tecnológicos relacionados con la construcción del anillo, que será casi seis veces mayor que el actual, en actividad desde 1997. Con 518,4 metros de circunferencia, esta fuente estará instalada en una construcción de 68 mil metros cuadrados cuya estructura se asemeja en sus dimensiones y en su formato a un estadio de futbol. De lograr cumplir con los desafíos, las empresas se calificarán como proveedoras del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS), responsable de la construcción y la operación de la fuente. “La intención del pliego no es únicamente ayudar en el desarrollo del Sirius, sino también permitir que empresas innovadoras del estado de São Paulo y sus equipos de investigación amplíen su gama de productos tecnológicos, creando así una cadena de proveedores en condiciones de actuar en el mercado global”, afirma Douglas Zampieri, docente de la Universidad de Campinas (Unicamp) y coordinador del área de investigación para la innovación de la FAPESP.

Las fuentes de luz sincrotrón son equipamientos planificados para producir un tipo de radiación de alto brillo y amplio espectro, que abarca el infrarrojo, el ultravioleta y los rayos X. Es capaz de penetrar la materia y revelar características sobre su estructura molecular y atómica, y se la utiliza para comprender la naturaleza microscópica de los materiales. La radiación es generada por electrones producidos en un acelerador, que quedan circulando en un gran anillo a una velocidad cercana a la de la luz y que, cuando pasan por imanes, sufren una deflexión provocada por el campo magnético. Se así emiten fotones, que resultan en la luz sincrotrón. Los investigadores utilizarán las ondas electromagnéticas en estaciones de trabajo situadas en distintos puntos del anillo para la realización de estudios sobre la estructura de materiales tales como polímeros, rocas y metales, aparte de proteínas, moléculas para medicamentos y cosméticos, o bien el análisis de imágenes tridimensionales de fósiles o de células. La fuente Sirius contará con 40 de estas estaciones.

Con un costo estimado en 1.500 millones de reales, será una de las primeras fuentes de cuarta generación del mundo. El brillo de la luz emitida será, en algunas frecuencias, más de mil millones de veces superior a la actual. En el anillo actualmente en operación, la energía del haz de luz permite analizar únicamente la capa superficial de materiales duros y densos, ya que los rayos X producidos penetran esos materiales con una profundidad de algunos micrones. “La alta energía del Sirius permitirá que esos mismos materiales se analicen a profundidades de algunos centímetros”, dice el físico Antônio José Roque da Silva, docente de la Universidad de São Paulo (USP) y director del LNLS.

Las fuentes de luz sincrotrón están compuestas por tres estructuras de aceleración: un acelerador lineal, un acelerador inyector y un anillo de almacenamiento (véase el recuadro). Las especificaciones de los componentes son sumamente precisas, no sólo a causa de la intensidad de la energía, sino también porque oscilaciones situadas incluso por debajo de los micrones (millonésimas de metro) pueden obstaculizar el posicionamiento de los haces de electrones y de fotones. Una parte significativa de este esfuerzo de investigación y desarrollo está a cargo del equipo de 240 investigadores y técnicos del LNLS, a ejemplo de lo que sucedió en la década 1990 con la construcción de la fuente actualmente en operación. “Alrededor del 70% de los componentes del anillo se desarrollará en Brasil”, dice José Roque da Silva.

Para cumplir con el cronograma de construcción, la participación de empresas nacionales se ha vuelto importante. Algunas toman parte hace más tiempo, como en el caso Termomecânica, de la localidad São Bernardo do Campo, que desarrolló el proceso destinado a la fabricación de las cámaras de vacío, elaboradas en una aleación de cobre y plata, y de los alambres de cobre huecos para los electroimanes, que permiten la circulación de agua destinada a la refrigeración. Otro ejemplo es Weg, de Santa Catarina, que deberá suministrar 1.350 electroimanes para los aceleradores.

062-065_Sirius_234La trayectoria del haz
Para las empresas seleccionadas en el concurso de la FAPESP y la Finep, el interés no se ciñe a la posibilidad de proveer los componentes de la fuente. Equatorial Sistemas, de São José dos Campos, es responsable de tres proyectos aprobados. En uno de ellos suministrará monitores fluorescentes de haces de electrones, dispositivos que permiten la determinación de las dimensiones y la posición de los haces en los aceleradores. Los monitores están compuestos por una pantalla que puede  interponerse en el camino de los electrones y serán útiles para ajustar la trayectoria del haz. Un segundo proyecto prevé la provisión de bloqueadores de fotones, dispositivos de seguridad de las líneas de luz que bloquean el haz emitido por el acelerador de partículas, interponiendo un bloque de metal refrigerado en su camino. “Cada línea de luz tendrá al menos uno de esos obturadores. Aspiramos a convertirnos en proveedores internacionales de esos aparatos”, afirma César Ghizoni, presidente de Equatorial.

El principal interés de la empresa es el tercer proyecto, de producción de detectores de rayos X con una tecnología denominada Medipix, desarrollada en colaboración internacional por 20 laboratorios, bajo la coordinación de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (Cern). El LNLS se integró a ese consorcio en 2013. “En los experimentos, los rayos X generados por el acelerador interactúan con el material estudiado y se propagan alrededor. Estos detectores muestran de dónde salió la radiación, su dirección y su intensidad, y todo en tiempo real”, dice Ghizoni. “Esta tecnología tiene un gran potencial para el área médica, pues permite hacer imágenes de rayos X en tiempo real. Tenemos interés en desarrollar aplicaciones”, afirma. La empresa ya ha desarrollado dispositivos para el telescopio Soar, en Chile, y para el detector de rayos cósmicos Pierre Auger, en Argentina, proyectos que cuentan con la participación de investigadores de São Paulo y que fueron apoyados por la FAPESP. Creada en 1996, Equatorial tiene un equipo de investigación y desarrollo integrado por 12 técnicos e ingenieros, y desde 2006 está controlada por Airbus Defence & Space.

Atmos Sistemas, de São Paulo, se hizo cargo del desarrollo de un dispositivo electrónico que mide la posición del haz de electrones. Éste debe posicionarse con gran precisión en el centro del anillo, mediante la utilización de campos magnéticos. “El monitor mide la posición del haz en dos dimensiones, a través de la digitalización, el filtrado y el procesamiento de señales provenientes de sondas dispuestas a lo largo del anillo”, dice Fábio Fukuda, responsable del proyecto. “El dispositivo medirá la posición del haz con precisión submicrométrica”. Uno de los objetivos de Atmos consiste en capacitarse para proveer sistemas similares para fuentes de luz sincrotrón de otros países. “Existe la posibilidad de aprovechar la tecnología de tratamiento de señales y procesamiento en otros productos de nuestra empresa, tales como radares”, afirma.

Engecer, una empresa de base tecnológica de la ciudad de São Carlos (São Paulo) que actúa en el segmento de cerámicas técnicas hace más de 20 años, se propuso desarrollar y producir piezas para los monitores de posición del haz de electrones. “Son cerámicas con propiedades eléctricas sumamente específicas”, dice Tatiani Falvo, investigadora de Engecer. En la fuente de luz sincrotrón actual, se las elaboró con alúmina. En tanto, en la fuente Sirius, se las fabricará con otros materiales: nitruro de boro y nitruro de aluminio. El proceso de prensado demanda temperaturas ubicadas entre los 1.600 y los 2.000ºC, y no se hace en Brasil. “Será necesario adquirir una prensa en caliente para la fabricación de la cerámica. La empresa tiene interés en el conocimiento de este nuevo proceso para incorporarlo eventualmente a su línea de producción”, dice Tatiani. Engecer se comprometió a entregar algunos prototipos fabricados con ambos materiales para que el LNLS evalúe cuál es el mejor. FCA Brasil, de Campinas, suministrará prototipos de cámaras de ultraalto vacío y otros componentes para la fuente Sirius, que se utilizarán en distintos puntos del anillo y en las estaciones experimentales.

Test en un prototipo de sistema de regulación digital de las fuentes: dos empresas se encuentran abocadas a resolver este desafío tecnológico

Léo RamosTest en un prototipo de sistema de regulación digital de las fuentes: dos empresas se encuentran abocadas a resolver este desafío tecnológicoLéo Ramos

Workshop
La idea de atraer a empresas innovadoras para ayudar en la construcción de la fuente fue estimulada por la FAPESP, que sugirió la utilización de programas como el de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe). Hace dos años, se realizó un workshop en el LNLS, en Campinas, en el cual participaron más de 50 empresas, que conocieron un conjunto de desafíos tecnológicos implicados en la construcción y las posibilidades de financiación disponibles. Pero las conversaciones tropezaron en un obstáculo. Varias empresas afirmaron que una parte sustancial de sus costos correspondería al tiempo de trabajo de sus investigadores. Pero entre los apartados financiables en el marco de proyectos del Pipe no se encuentra previsto el pago de sueldos, sino solamente la concesión de becas. La solución consistió en recurrir a un convenio existente entre la FAPESP y a Finep, que mantiene el Programa de Apoyo a la Investigación en Empresas (Pappe). “Tras algunos meses de negociación con la Finep, emitimos el pliego”, dice Douglas Zampieri. “La calidad de los proyectos destinados a la construcción del Sirius fue muy buena”. De las 13 empresas que presentaron propuestas, fueron seleccionadas ocho.

La participación de empresas en la construcción de grandes instalaciones científicas constituye una práctica común en Europa y Estados Unidos. “Sería excelente si luego de la fuente Sirius logramos movilizar a las empresas para afrontar retos en el marco de otros proyectos científicos, creando así un mercado como el que existe en Europa y en Estados Unidos”, dice José Roque. Omnisys, una empresa con sede en la ciudad de São Bernardo do Campo (São Paulo) que desarrolla componentes electrónicos de armamentos, satélites y radares, es responsable de cuatro proyectos aprobados. Fundada en 1997 por tres ingenieros electrónicos, esta compañía quedó en 2006 bajo el control de la multinacional francesa Thales, del área de defensa, aeroespacial y de transportes. Sus 70 técnicos e ingenieros en Brasil se dedicarán a desafíos tales como la fabricación, el montaje y las pruebas de tres tipos de plaquetas electrónicas utilizadas en el sistema de medición de posición del haz de electrones. Este proyecto prevé la provisión de 12 prototipos de cada tipo de plaqueta. Otra meta consiste en desarrollar componentes electrónicos para los detectores de posición de fotones en las estaciones experimentales. La empresa también se propuso desarrollar fuentes de corriente de alta potencia, utilizadas en la alimentación de los imanes.

Omnisys procura también crear módulos de regulación digital de fuente. Se trata del único desafío asumido por dos empresas. Macnica DHW, distribuidora de componentes electrónicos, también se encuentra abocada a esta tarea. Una fuente de luz sincrotrón requiere de campos magnéticos estables, que dependen de fuentes de corriente altamente confiables. El desafío radica en sustituir el sistema analógico que se utiliza en la fuente en operación por otro digital. Omnisys y Macnica DHW emplearán componentes distintos y se comprometieron a entregar algunas decenas de prototipos para la realización de pruebas. El equipo del LNLS también desarrolló la tecnología necesaria, pero cree que las empresas pueden suministrar un producto mejor. “Serán más de 1.300 reguladores que deberán trabajar armónicamente. Es algo tan crítico para el desempeño de la fuente que seleccionamos a dos empresas para este desafío”, dice Regis Neuenschwander, vicegerente de la División de Ingeniería del LNLS.

Una parte de los retos se refiere a tecnologías del área de óptica. Luxtec Sistemas Ópticos, de Campinas, desarrollará prototipos de componentes para la reflexión de rayos X. “No se trata de una lente convencional, sino de un tubo de vidrio en forma elíptica capaz de direccionar los rayos X”, explica Cícero Omegna de Souza Filho, responsable del proyecto. Luxtec montará un conjunto de tres máquinas para producir este tipo de tubo. Su experiencia con fibra óptica la habilitó para ser de la partida ante este desafío. “Las lentes tienen el tamaño de un bolígrafo, de un centímetro de diámetro por 25 centímetros de longitud, y se asemejan a la fibra óptica antes de que sea afinada”, explica.

La sala de metrología del LNLS: análisis de prototipos de los magnetos que se utilizarán en la nueva fuente de luz

Léo RamosLa sala de metrología del LNLS: análisis de prototipos de los magnetos que se utilizarán en la nueva fuente de luzLéo Ramos

El espejo
Opto Eletrônica, de São Carlos, pretende desarrollar el proceso de fabricación y caracterización de espejos de altísima calidad, de rugosidad del orden de unos pocos nanómetros, para su aplicación en sistemas de focalización de luz sincrotrón. “Pocos países del mundo dominan el proceso de pulido para generar este tipo de espejos”, dice Rafael Alves de Souza Ribeiro, físico responsable del proyecto. “El dominio de esta técnica y el posicionamiento estratégico de Brasil como proveedor de componentes ópticos para  su aplicación en luz sincrotrón generaría demandas en los mercados interno y externo. Si conseguimos dominar la técnica, abriremos puertas enormes en frentes de investigación básica y aplicada, tales como desarrollos de aparatos para rayos X, sistemas ópticos para cámaras de satélites y aplicaciones en astronomía”. La empresa, que provee láseres para el área médica, equipos para la defensa y cámaras de satélites, promete entregarle al LNLS ocho prototipos de espejos planos con formato rectangular y con alrededor de 40 centímetros de largo cada uno.

La FAPESP y la Finep planean utilizar el mismo formato de este pliego para convocar a empresas a afrontar otros desafíos tecnológicos. Se emitirán en breve un nuevo llamado con miras al desarrollo de tecnologías destinadas a la fuente Sirius, y una selección de propuestas para empresas de tecnología en las áreas aeroespacial y de defensa. En el caso del Sirius, los retos planteados se relacionan con tecnologías y procesos de los cuales no depende directamente el comienzo de la operación de la fuente de luz. Uno de ellos consiste en crear software para robots que determinen los puntos en el suelo donde deberán fijarse los aparatos. Otro apunta a crear la electrónica de un tren de monitoreo dotado de sensores y cámaras que recorrerá el anillo para detectar eventuales problemas de funcionamiento. “Podemos empezar a funcionar sin ese sistema de monitoreo operando plenamente, pero en algún momento deberemos instalarlo”, dice Regis Neuenschwander, del LNLS. El investigador estima que empresas brasileñas que fabrican drones podrán manifestar interés en desarrollar software para el tren de monitoreo.

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