{"id":89950,"date":"2010-06-01T00:00:00","date_gmt":"2010-06-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2010\/06\/01\/brillo-mayor\/"},"modified":"2016-06-07T16:55:19","modified_gmt":"2016-06-07T19:55:19","slug":"brillo-mayor","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/brillo-mayor\/","title":{"rendered":"Brillo mayor"},"content":{"rendered":"

\"\"GUSTAVO T\u00cdLIO \/ LNLS<\/span>El mayor instrumento de investigaci\u00f3n cient\u00edfica y tecnol\u00f3gica del pa\u00eds sumar\u00e1 una versi\u00f3n mayor y m\u00e1s potente en 2015. El proyecto de una nueva fuente de luz con soluciones innovadoras en su construcci\u00f3n se encuentra casi concluido. Es un trabajo de investigadores del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotr\u00f3n (LNLS), con sede en Campinas, interior paulista. Abierto a investigadores de instituciones acad\u00e9micas y de empresas, brasile\u00f1os o extranjeros, con estudios o proyectos tecnol\u00f3gicos que contemplen la necesidad de develar, mediante el uso de la radiaci\u00f3n sincrotr\u00f3n, la estructura at\u00f3mica de materiales tales como pol\u00edmeros, rocas y metales, adem\u00e1s de prote\u00ednas, mol\u00e9culas para medicamentos y cosm\u00e9ticos e incluso im\u00e1genes tridimensionales de f\u00f3siles, o hasta de c\u00e9lulas. Esta radiaci\u00f3n es generada por electrones que se producen en un acelerador y se insertan dentro de un anillo met\u00e1lico de93 metros(m) de circunferencia \u2013 el nuevo tendr\u00e1 460m de circunferencia \u2013 en un ambiente de ultra alto vac\u00edo. Los mismos permanecen circulando casi a la velocidad de la luz, y cuando pasan por imanes a lo largo del anillo, sufren una deflexi\u00f3n provocada por el campo magn\u00e9tico. Como consecuencia de esta alteraci\u00f3n, se emiten fotones que resultan en la llamada luz sincrotr\u00f3n. Son ondas electromagn\u00e9ticas tales como las frecuencias de rayos X, ultravioleta y hasta de luz visible \u2013 esta \u00faltima es poco usada en experimentos cient\u00edficos \u2013 que los investigadores las aprovechan en el LNLS en 14 estaciones de trabajo o en l\u00edneas de luz dispersas en diversos puntos del anillo.<\/p>\n

La nueva fuente recibi\u00f3 el nombre de Sirius \u2013 elegido entre las sugerencias del personal \u2013 en referencia a la estrella m\u00e1s brillante en el cielo nocturno. La construcci\u00f3n de este instrumento es importante, pues el actual est\u00e1 quedando obsoleto. El Sincrotr\u00f3n brasile\u00f1o cumple 13 a\u00f1os de servicio en 2010, y las exigencias cient\u00edficas y tecnol\u00f3gicas indican la necesidad de un equipamiento m\u00e1s actualizado. \u201cLa evoluci\u00f3n es necesaria, pues la ciencia en el fondo es competencia. Las preguntas importantes y relevantes, en estas \u00e1reas atendidas por el Sincrotr\u00f3n, son siempre nuevas, porque en parte las antiguas ya han sido respondidas. Por eso las nuevas requieren equipos m\u00e1s sofisticados\u201d, dice el f\u00edsico Ant\u00f4nio Jos\u00e9 Roque da Silva, director del LNLS desde julio de 2009 y docente del Instituto de F\u00edsica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP). Una de las ventajas de un laboratorio como el Sincrotr\u00f3n es el car\u00e1cter interdisciplinario con investigadores de las \u00e1reas de biolog\u00eda, ciencias de los materiales, tecnolog\u00eda, energ\u00eda y paleontolog\u00eda. \u201cCon el LNLS, el pa\u00eds puede competir en diversas \u00e1reas y utilizar el mismo laboratorio simult\u00e1neamente a lo largo de todo el a\u00f1o para hacer sus experimentos.\u201d<\/p>\n

El proyecto del nuevo Sincrotr\u00f3n est\u00e1 siendo totalmente dise\u00f1ado en Brasil para ser un laboratorio de tercera generaci\u00f3n. El actual es de segunda generaci\u00f3n. Actualmente existen unas 50 fuentes de luz sincrotr\u00f3n en el mundo, 16 de las cuales son de tercera generaci\u00f3n y entraron en funcionamiento a partir de 1994. Se caracterizan por poseer una radiaci\u00f3n m\u00e1s brillante, con mayor cantidad de luz generada y baja emitancia, la unidad empleada para determinar el tama\u00f1o y la divergencia (dispersi\u00f3n) del foco de la fuente de luz. \u201cCuanto menor es la emitancia, mayor es la posibilidad de focalizaci\u00f3n del haz producido\u201d, explica el ingeniero civil y f\u00edsico Ricardo Rodrigues, director t\u00e9cnico del proyecto de la nueva fuente, que particip\u00f3 en la construcci\u00f3n de la primera, inaugurada en 1997. La Sirius est\u00e1 proyect\u00e1ndose para que tenga 1,7 nm.rad, mientras que la actual posee 100 nm.rad. Esto implica un mayor brillo en un haz de radiaci\u00f3n menor y con un \u00e1ngulo de apertura tambi\u00e9n menor. Ser\u00e1 una de las fuentes m\u00e1s brillantes del mundo. El Synchrotron Soleil, por ejemplo, construido en la ciudad de Saint-Aubin, Francia, inaugurado en 2006, tiene una emitancia de 3,7 nm.rad, y el Diamond, ubicado en Oxfordshire, Inglaterra, que empez\u00f3 a funcionar en 2007, posee una de 2,7 nm.rad.<\/p>\n

\u201cDe las 50 fuentes de radiaci\u00f3n sincrotr\u00f3n existentes en el mundo, solamente 30 son abiertas a investigadores de fuera de la instituci\u00f3n a la que pertenece el laboratorio. Son 11 en Europa, 7 en Estados Unidos, 10 en Asia, 1 en Australia y 1 en Sudam\u00e9rica, que es el LNLS. Si no se construye la segunda fuente, Brasil y Am\u00e9rica del Sur desaparecer\u00e1n del mapa de la radiaci\u00f3n sincrotr\u00f3n a nivel mundial\u2019\u2019, dice el f\u00edsico franc\u00e9s Yves Petroff, director cient\u00edfico del LNLS desde diciembre de 2009 y responsable de los objetivos cient\u00edficos del proyecto de la nueva fuente. De los 1.656 usuarios del LNLS en 2009, un 20% correspond\u00eda a pa\u00edses latinoamericanos, y de ese total, el 14% eran\u00a0 argentinos. De esos estudios resultaron unos 250 art\u00edculos publicados en revistas cient\u00edficas.<\/p>\n

\"\"EDUARDO CESAR<\/span>\u201cPa\u00edses menores como Espa\u00f1a, Corea del Sur y Taiw\u00e1n est\u00e1n construyendo fuentes de tercera generaci\u00f3n\u201d, dice Petroff, quien, a los 73 a\u00f1os, tiene una larga trayectoria en laboratorios sincrotrones a nivel mundial. Fue director general del European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) de Grenoble, Francia, entre 1993 y 2001, adem\u00e1s de haber trabajado en laboratorios similares en Estados Unidos. Tambi\u00e9n asumi\u00f3 la direcci\u00f3n cient\u00edfica del Laboratorio para la Utilizaci\u00f3n de la Radiaci\u00f3n Electromagn\u00e9tica (Lure, sigla en franc\u00e9s) y del Centro Nacional de Investigaci\u00f3n Cient\u00edfica (CNRS, sigla en franc\u00e9s). Toma parte en varios comit\u00e9s cient\u00edficos de sincrotrones, incluso el del LNLS, desde la fase de implantaci\u00f3n en 1988. \u201cResulta interesante acotar que la cantidad de usuarios del Departamento de Energ\u00eda en cuatro sincrotrones de Estados Unidos creci\u00f3 un 40%, de 6 mil a 8.400, entre 2000 y 2008, en tanto que los usuarios del franc\u00e9s ESRF crecieron un 36% entre 2003 y2009\u201d, dice. \u201cGran parte de este crecimiento se debe al uso de esa radiaci\u00f3n en estudios de estructuras biol\u00f3gicas. Todas las compa\u00f1\u00edas farmac\u00e9uticas, por ejemplo, utilizan las l\u00edneas de luz a tal fin\u201d. Petroff recuerda tambi\u00e9n que, recientemente, la explotaci\u00f3n de espec\u00edficas propiedades de los rayos X producidos por las m\u00e1quinas sincrotr\u00f3n ha permitido obtener im\u00e1genes tridimensionales de cualquier objeto con una resoluci\u00f3n menor a un micr\u00f3n (la mil\u00e9sima parte de un mil\u00edmetro) como en estudios de paleontolog\u00eda, arqueolog\u00eda y medio ambiente. \u201cLo invit\u00e9 Yves Petroff para que juntos reestructuremos la divisi\u00f3n cient\u00edfica del LNLS y para que ayudase en la formulaci\u00f3n de los objetivos de la ciencia que se pretende hacer con\u00a0 la nueva fuente y con las nuevas l\u00edneas de luz que est\u00e1n volvi\u00e9ndose cada vez m\u00e1s sofisticadas\u201d, dice Roque.<\/p>\n

Imanes permanentes
\n<\/strong>Adem\u00e1s de encuadrarse en las especificaciones requeridas para una fuente de luz sincrotr\u00f3n de tercera generaci\u00f3n, el proyecto contempla una importante reducci\u00f3n del consumo de electricidad. A tal fin, se est\u00e1n probando nuevas soluciones dentro del LNLS, con el empleo de tecnolog\u00edas innovadoras. La primera es la adopci\u00f3n de imanes permanentes, una novedad mundial para este tipo de laboratorio. Estos imanes se utilizar\u00e1n en la construcci\u00f3n de los dipolos, responsables de la producci\u00f3n del campo magn\u00e9tico que sirve para desviar la trayectoria de los electrones en el interior del anillo. As\u00ed se forman los fotones llamados luz sincrotr\u00f3n, captada y filtrada, entre las diversas ondas electromagn\u00e9ticas presentes en el haz en las l\u00edneas de luz. Estos dipolos funcionan actualmente mediante electroimanes, que est\u00e1n formados por metales envueltos en alambres que, cuando reciben corriente el\u00e9ctrica, se transforman en imanes. \u00c9stos requieren de una serie de instrumentos acoplados, tales como el sistema de refrigeraci\u00f3n y las bobinas, que requieren mucha electricidad. \u201cLos imanes permanentes son similares a los imanes de las heladeras\u201d, compara Rodrigues. No requieren energ\u00eda el\u00e9ctrica para funcionar y se venden comercialmente en todo el mundo. Se hace de ferrita, un material barato, y de aleaciones con neodimio, hierro y boro. Por ahora existe \u00fanicamente una m\u00e1quina en el mundo, un acumulador de antiprotones, en el Fermilab, en Estados Unidos, que funciona con\u00a0 imanes permanentes. \u201cNadie ha tenido el coraje a\u00fan de hacer eso en sincrotrones, aunque el conocimiento de estos materiales ha avanzado bastante\u201d, dice Rodrigues. La reducci\u00f3n del consumo de energ\u00eda pesa mucho en dicha decisi\u00f3n. Con los imanes permanentes, se espera un ahorro de 6,5 gigavatios hora (GWh) por a\u00f1o, alrededor de 4,5 millones de reales anuales.<\/p>\n

Otra innovaci\u00f3n desarrollada en el Sincrotr\u00f3n, en colaboraci\u00f3n con el laboratorio franc\u00e9s Soleil, servir\u00e1 tanto para la nueva fuente como para la actual. Es un sistema de radiofrecuencia (RF) radicalmente distinto, que ahorrar\u00e1 m\u00e1s de un mill\u00f3n de reales en energ\u00eda el\u00e9ctrica anualmente. La cuenta de luz actual del laboratorio es de alrededor de 3,5 millones de reales anuales. El sistema RF es el responsable de reponer la energ\u00eda perdida por los electrones en la forma de luz sincrotr\u00f3n. Si bien cuentan con lo m\u00e1s avanzado en tecnolog\u00edas, la casi totalidad de estos laboratorios en el mundo funciona con\u00a0 una v\u00e1lvula electr\u00f3nica de casi un metro de longitud que cuesta 150 mil d\u00f3lares la unidad. Las v\u00e1lvulas eran muy usadas en aparatos electr\u00f3nicos antes de la aparici\u00f3n comercial de los transistores de potencia. En el caso de los sincrotrones, se fabrican especialmente en Inglaterra para suministrar la alta energ\u00eda empleada para amplificar la frecuencia de 476 megahertz (MHz). Esa onda electromagn\u00e9tica, en lugar de expandirse en el espacio, como en una estaci\u00f3n de radio, por ejemplo, es aprisionada dentro de c\u00e1maras llamadas cavidades resonantes a lo largo del anillo. La fuente actual utiliza dos de esos generadores de RF de 30 kilovatios (kW) cada uno. \u201cHasta ahora la \u00fanica manera de juntar altas potencias y altas frecuencias era con esa v\u00e1lvula\u201d, dice el t\u00e9cnico electr\u00f3nico Claudio Pardine, coordinador del Laboratorio de radiofrecuencia del LNLS.<\/p>\n

Pardine, en colaboraci\u00f3n con los franceses del Soleil, desarroll\u00f3 el nuevo sistema, llamado amplificador de estado s\u00f3lido, compuesto por centenas de peque\u00f1as cajas electr\u00f3nicas con una potencia de 250 vatios. \u201cEn 2001, el LNLS fue el primer laboratorio del mundo que reemplaz\u00f3 la v\u00e1lvula por el amplificador de estado s\u00f3lido en un sistema de un kW para un inyector de luz sincrotr\u00f3n\u201d, dice Pardine. Las ventajas son innumerables, pero la mayor es efectivamente el ahorro de energ\u00eda el\u00e9ctrica. \u201cPara suplir los 30 kW, el sistema tradicional con v\u00e1lvula demanda una potencia de 170 kW. El nuevo, en estado s\u00f3lido, necesita 60 kW\u201d. Actualmente, el sistema de RF utiliza casi 1,8 gigavatios-hora (GWh) anuales, lo que representa un gasto con electricidad referente al equipamiento de RF de 1,3 millones de reales al a\u00f1o. Con la implantaci\u00f3n del nuevo sistema, la econom\u00eda ser\u00e1 de un 50%, y eso sin contar con el ahorro al no tener que cambiar la v\u00e1lvula cada cinco a\u00f1os. \u201cDejamos de ser rehenes del fabricante. El mantenimiento se vuelve m\u00e1s f\u00e1cil y barato.\u201d<\/p>\n

\"\"WILLIAM BARBOSA \/ LNLS<\/span>El franc\u00e9s Soleil fue el primero en instalar un amplificador de estado s\u00f3lido de varias decenas de kilovatios. \u201cNosotros les construimos algunos componentes de esos amplificadores en el LNLS, en2005\u201d, recuerda Pardine. \u201cLes vendimos a precio de costo las piezas destinadas a los prototipos que desarrollamos conjuntamente\u201d. Pardine tiene como maestro al investigador chino Ti Ruan, quien actualmente trabaja en el Soleil y era docente de la Universidad de Par\u00eds. Ruan convenci\u00f3 a los directores del laboratorio franc\u00e9s, durante la construcci\u00f3n, a utilizar el amplificador de estado s\u00f3lido. Otro gran laboratorio, el Diamond, de Inglaterra, inaugurado en 2007, opt\u00f3 por la v\u00e1lvula. Pardine hace hincapi\u00e9 en que la idea de usar los amplificadores de estado s\u00f3lido es antigua, pero reci\u00e9n ahora se ha vuelto posible debido a la evoluci\u00f3n de los materiales y equipamientos electr\u00f3nicos. Para desarrollar y construir las nuevas torres de RF, obtuvo un financiamiento de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), en el marco de un programa para equipamientos de energ\u00eda el\u00e9ctrica, por valor de un mill\u00f3n de reales.<\/p>\n

Suelo firme
\n<\/strong>Para funcionar de manera ejemplar, la Sirius requerir\u00e1 una superestabilidad del gran anillo de almacenamiento, para que los electrones no se desv\u00eden m\u00e1s de una mil\u00e9sima parte de un mil\u00edmetro (un micr\u00f3n) de la \u00f3rbita proyectada. La misma superestabilidad vale tambi\u00e9n para las l\u00edneas de luz. Cualquier variaci\u00f3n o dilataci\u00f3n de los metales puede perturbar al haz de electrones. El aparato de aire acondicionado, por ejemplo, al variar la temperatura en medio grado, dilata el soporte de hormig\u00f3n y acero del anillo en micrones, una condici\u00f3n indeseable para los electrones. \u201cExisten peque\u00f1as variaciones del suelo, que son imperceptibles en condiciones normales, pero cuando se trabaja en medidas de micrones, se vuelven sumamente importantes\u201d, dice Ricardo Rodrigues. El proyecto prev\u00e9 un superpiso enrigidecido que tendr\u00e1200 metros de di\u00e1metro y1 metro de espesor, sin uniones. \u201cNadie ha fabricado un piso as\u00ed en Brasil. Son 20 mil metros c\u00fabicos de concreto que deben producirse en una semana, durante 24 horas por d\u00eda. Las capas se van poniendo una sobre la otra y la cura (el secado) del material no puede ser r\u00e1pida\u201d. Son capas h\u00famedas que no pueden curarse mientras que no se le agreguen otras, y por eso recibir\u00e1n hielo a lo largo del proceso. Se deber\u00e1 montar una log\u00edstica especial, con la instalaci\u00f3n de una f\u00e1brica de concreto y otra de hielo junto a la construcci\u00f3n de la nueva fuente.<\/p>\n

El presupuesto inicial previsto para la Sirius es de aproximadamente 400 millones de reales distribuidos a lo largo de seis a\u00f1os. Dinero que ser\u00e1 solventado en forma independiente por el Ministerio de Ciencia y Tecnolog\u00eda (MCT) o en asociaci\u00f3n con otras instituciones federales. El MCT posee un contrato de gesti\u00f3n con la Asociaci\u00f3n Brasile\u00f1a de Tecnolog\u00eda de Luz Sincrotr\u00f3n (ABTLuS), una organizaci\u00f3n social que mantiene al Sincrotr\u00f3n y otros dos otros laboratorios en el mismo campus del LNLS, el Laboratorio Nacional de\u00a0Biociencias (LNBio), un ex centro del Sincrotr\u00f3n que adquiri\u00f3 autonom\u00eda, y el Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda del Bioetanol (CTBE), que tambi\u00e9n se valen de la radiaci\u00f3n sincrotr\u00f3n en algunos de sus experimentos. Los tres est\u00e1n bajo la coordinaci\u00f3n del Centro Nacional de Investigaciones en Energ\u00eda y Materiales (CNPEM), que en junio pasa a ser comandado por el profesor Walter Colli, ex profesor del Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP).<\/p>\n

Para encabezar el proyecto, el LNLS cuenta con un equipo experimentado, que ya sabe c\u00f3mo se construye un sincrotr\u00f3n. Ricardo Rodrigues fue uno de los tres primeros investigadores contratados en agosto de 1986 por el Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico (CNPq), que en la \u00e9poca era el gestor del LNLS, para construir el laboratorio. \u201cEran Cylon Gon\u00e7alves da Silva como director, Aldo Craievich, quien se encargaba del uso del laboratorio por parte de los investigadores, y yo, para encargarme del proyecto y la construcci\u00f3n, que tard\u00f3 10 a\u00f1os\u201d, recuerda Rodrigues. Para \u00e9l, no fueron solamente los constantes recortes de fondos los que atrasaron el proyecto. \u201cNo voy a echarle la culpa de todo a los recortes en el presupuesto. La adquisici\u00f3n de la experiencia y el conocimiento fue lenta. Creo que empleamos el mejor m\u00e9todo para aprender algo. Al personal contratado, un ingeniero o un f\u00edsico que acababa de salir de la universidad, a cada uno, se les transmit\u00eda el siguiente mensaje: \u2018T\u00fa vas a tener que hacer eso. Vamos a ayudarte en lo que podamos, vamos a trabajar juntos\u2019. Nadie fue a hacer un doctorado o un curso especial. Nosotros los mand\u00e1bamos a hacer viajes, iban a visitar otros laboratorios y preguntaban: \u2018\u00bfC\u00f3mo lo hacen ustedes?\u2019\u201d, dice Rodrigues.<\/p>\n

La f\u00edsica Liu Lin fue una de esas profesionales que formaron parte del equipo inicial. \u201cEn 1985, cuando yo estaba haciendo mi maestr\u00eda en el Instituto de F\u00edsica de la USP de S\u00e3o Carlos, trabaj\u00e9 en el proyecto de la red magn\u00e9tica del anillo e hice simulaciones de la din\u00e1mica del haz de electrones. Despu\u00e9s estuve en el equipo que permaneci\u00f3 durante tres meses en el Stanford Linear Accelerator Center (Slac), de la Universidad de Stanford, California, Estados Unidos\u201d, dice Liu. \u201cAprendimos mucho, porque all\u00e1 ellos fabrican los instrumentos, y nosotros tuvimos la oportunidad de proyectar una m\u00e1quina ficticia que nos hizo conocer la f\u00edsica de los aceleradores\u201d, dice Rodrigues. Ese mismo prop\u00f3sito de construir instrumentos y sistemas que fue la base de la construcci\u00f3n del primer anillo sigue vigente para el pr\u00f3ximo. \u201cNosotros proyectamos y compramos una serie de cosas, pero en t\u00e9rminos econ\u00f3micos, solamente un 16% de la primera m\u00e1quina se import\u00f3.\u201d<\/p>\n

Actual l\u00edder del Grupo de F\u00edsica de Aceleradores del LNLS, Liu estudia la din\u00e1mica de los electrones bajo la acci\u00f3n del campo electromagn\u00e9tico. \u201cProyectamos esos campos para asegurar que un haz intenso de electrones de alta energ\u00eda pueda permanecer almacenado de manera estable produciendo luz sincrotr\u00f3n durante varias horas. Para lograrlo, tuvimos que especificar, entre otras cosas, una red magn\u00e9tica que definir\u00e1 todas las propiedades del haz de luz sincrotr\u00f3n producido\u201d, dice Liu. Para Rodrigues, el proyecto ya est\u00e1 casi concluido y la perspectiva indica que la construcci\u00f3n demorar\u00e1 la mitad del tiempo de la primera m\u00e1quina. \u201cAhora no es urgente formar personal, pues el n\u00facleo de personas que coordinan el proyecto a\u00fan es joven.\u201d<\/p>\n

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