{"id":90135,"date":"2011-01-01T00:00:00","date_gmt":"2011-01-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2011\/01\/01\/electrones-en-alta-velocidad\/"},"modified":"2017-02-15T19:22:09","modified_gmt":"2017-02-15T21:22:09","slug":"electrones-en-alta-velocidad","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/electrones-en-alta-velocidad\/","title":{"rendered":"Electrones en alta velocidad"},"content":{"rendered":"
\"\"

EDUARDO CESAR<\/span>Microtron: los experimentos en f\u00edsica nuclear y en la medicinaEDUARDO CESAR<\/span><\/p><\/div>\n

Existen diversos modelos de aceleradores de part\u00edculas, de tama\u00f1os diferentes y cada uno con caracter\u00edsticas propias. Son m\u00e1quinas que transportan haces de part\u00edculas en el interior de una tuber\u00eda hasta un blanco espec\u00edfico con el objetivo de romper un \u00e1tomo, para entrar en choque con part\u00edculas subat\u00f3micas o para entender la formaci\u00f3n de un material, ya sea org\u00e1nico o inorg\u00e1nico. El m\u00e1s famoso del mundo es el gigantesco Large Hadron Collider (LHC), ubicado en Europa. En Brasil el mayor es el Sincrotr\u00f3n, instalado en Campinas, en el interior paulista. El m\u00e1s reciente modelo de este tipo de m\u00e1quina en el pa\u00eds es un microtr\u00f3n que acelera electrones hasta una velocidad cercana a la de la luz, y fue proyectado y construido casi \u00edntegramente por investigadores del Instituto de F\u00edsica (IF) de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), con recursos econ\u00f3micos de la FAPESP – fundamentalmente para la compra de equipos y para becas de estudio -, del Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico (CNPq) y de la Coordinaci\u00f3n de Perfeccionamiento del Persal de Nivel Superior (Capes), con un total de inversiones que ronda el mill\u00f3n y medio de reales.<\/p>\n

Los primeros ensayos que validaron el aparato y produjeron haces de electrones se realizaron en 2008, en tanto que los experimentos iniciales con el nuevo acelerador se llevaron a cabo en agosto de 2010. Este comienzo de trabajo se refiri\u00f3 al an\u00e1lisis y el diagn\u00f3stico para la detecci\u00f3n del haz y de la emisi\u00f3n de radiaci\u00f3n generada por el acelerador, estudios que se relacionan con la construcci\u00f3n del complemento del aparato. En la actualidad el acelerador opera con un haz de energ\u00eda de 1,9 mill\u00f3n de electronvoltios (MeV). El objetivo para los pr\u00f3ximos cinco a\u00f1os es llegar a los 38 MeV, que lo transformar\u00e1n en una m\u00e1quina \u00fanica en el mundo, ya que no existe otro microtr\u00f3n con esa configuraci\u00f3n. El mayor microtr\u00f3n del planeta est\u00e1 en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, Alemania, instituci\u00f3n que colabor\u00f3 con el equipo del IF a lo largo de todo el proyecto, que cuenta con un acelerador con energ\u00eda de at\u00e9 1.500 millones de electronvoltios (GeV).<\/p>\n

El microtr\u00f3n de la USP llegar\u00e1 a un estadio intermedio de 6 MeV, con un haz de buena calidad, en 2012 \u00f3 2013. \u201cCon 6 MeV ser\u00e1 posible hacer estudios con finalidades m\u00e9dicas, ya que es la misma energ\u00eda de los aceleradores empleados en radioterapia para el tratamiento de c\u00e1nceres\u201d, dice el profesor Vito Vanin, coordinador del microtr\u00f3n y jefe del Departamento de F\u00edsica Experimental del instituto. \u201cAs\u00ed podremos estudiar la interacci\u00f3n entre la radiaci\u00f3n y el cuerpo. En esos casos, para la aplicaci\u00f3n de la radioterapia, actualmente se prepara una m\u00e1scara, a los efectos de que la radiaci\u00f3n llegue solamente al local en donde est\u00e1 el tumor. Sucede que los bordes de dicha \u00e1rea tambi\u00e9n son afectados, y querr\u00edamos contribuir a minimizar este problema. Los datos experimentales actuales sobre este tema son escasos\u201d, dice Vanin. En estos estudios, los brasile\u00f1os contar\u00e1n con la colaboraci\u00f3n de investigadores de las universidades de Barcelona y la Polit\u00e9cnica de Catalu\u00f1a, ambas de Espa\u00f1a, y de la Universidad Duisburg-Essen, Alemania, que tienen trabajos te\u00f3ricos sobre el tema y pretenden entrar en una fase experimental con el equipamiento del IF de la USP.<\/p>\n

\"\"

EDUARDO CESAR<\/span>Complejidad para garantizar un haz r\u00e1pido y continuoEDUARDO CESAR<\/span><\/p><\/div>\n

En estudios de f\u00edsica b\u00e1sica, el nuevo acelerador podr\u00e1 colaborar para obtener una mejor comprensi\u00f3n de las rea\u00adcciones de fisi\u00f3n en n\u00facleos pesados, tales como \u00e1tomos de uranio, torio y otros elementos, y as\u00ed ser\u00e1 posible reanudar las l\u00edneas de investigaci\u00f3n interrumpidas en el antiguo acelerador lineal de electrones del IF, que sali\u00f3 de servicio definitivamente en 1993. Era una m\u00e1quina donada al IF en 1967 por la Universidad Stanford, Estados Unidos, con la intermediaci\u00f3n del profesor Jos\u00e9 Goldemberg, de la USP. \u201cYa pens\u00e1bamos en construir un nuevo acelerador cuando el antiguo a\u00fan funcionaba\u201d, dice Vanin. Aunque ten\u00eda m\u00e1s energ\u00eda, y llegaba a 60 MeV, el antiguo acelerador era de tipo pulsado, en tanto que lo ideal y m\u00e1s avanzado para el \u00e1rea de investigaci\u00f3n ser\u00eda un acelerador con un haz continuo de electrones en alt\u00edsima velocidad y sin pulsos. \u201cEsta caracter\u00edstica es importante porque se adecua mejor a fines experimentales, aunque es m\u00e1s trabajoso instalar una m\u00e1quina de haz continuo, mucho m\u00e1s compleja que una pulsada.\u201d<\/p>\n

El haz de electrones, en interacci\u00f3n con un blanco radiador, que es un material normalmente met\u00e1lico dispuesto dentro de la tuber\u00eda antes del material que ser\u00e1 analizado, produce fotones, part\u00edculas elementales de luz, con energ\u00eda suficiente como para investigar la estructura nuclear de manera independiente de los procesos de interacci\u00f3n que ocurren entre protones y neutrones, lo que constituye una nueva herramienta para el estudio del n\u00facleo de los \u00e1tomos. La colisi\u00f3n de los electrones contra ese blanco radiador tambi\u00e9n genera rayos X y gama que son radiaciones penetrantes empleadas en diversos tipos de an\u00e1lisis, incluso los nucleares. \u201cLa interacci\u00f3n del haz de electrones con una muestra arranca electrones de la capa interna de ese material y el rellenado del agujero con otro electr\u00f3n del \u00e1tomo produce rayos X. Puede producirse tambi\u00e9n el efecto de bremsstrahlung<\/em>, que es la radiaci\u00f3n de frenado repentino de los electrones por parte del n\u00facleo del \u00e1tomo, fen\u00f3meno en el cual se basa la producci\u00f3n de rayos X en los aparatos de uso m\u00e9dico. Estos procesos, m\u00e1s la radiaci\u00f3n \u00f3ptica de transici\u00f3n, que es la luz que genera el electr\u00f3n cuando \u00e9ste deja el vac\u00edo por donde transita para ingresar en un medio material, est\u00e1n estudi\u00e1ndose en nuestros primeros experimentos con el acelerador.\u201d<\/p>\n

El proyecto del nuevo acelerador empez\u00f3 a cobrar cuerpo mediante un acuerdo con el IF de la USP y el Laboratorio Nacional Los Alamos de Estados Unidos, que aport\u00f3 un proyecto destinado a la construcci\u00f3n de las estructuras aceleradoras del microtr\u00f3n a comienzos de los a\u00f1os 1990. El instituto norteamericano tambi\u00e9n estaba construyendo a la saz\u00f3n un acelerador de ese tipo pero con m\u00e1s energ\u00eda, que lleg\u00f3 a funcionar, pero se mostr\u00f3 inestable y fue desactivado. \u201cNosotros quer\u00edamos trabajar con energ\u00edas m\u00e1s bajas y el profesor Jiro Takahashi [del propio IF de la USP] redise\u00f1\u00f3 el proyecto y construy\u00f3 las estructuras aceleradoras\u201d, dice Vanin. En el comienzo del proyecto y en la construcci\u00f3n del acelerador, la coordinaci\u00f3n de los trabajos estuvo a cargo del profesor Marcos Martins, quien actualmente es director de investigaci\u00f3n y desarrollo de la Comisi\u00f3n Nacional de Energ\u00eda Nuclear (Cnen). \u201cTodos los componentes del microtr\u00f3n fueron construidos con tecnolog\u00eda nacional, adquiridos en industrias brasile\u00f1as, a excepci\u00f3n de la v\u00e1lvula Klystron, que amplifica microondas, y algunos accesorios. Al construir la m\u00e1quina, nosotros dominamos las condiciones experimentales, y conocimos los l\u00edmites y las posibilidades de todos los componentes, y adem\u00e1s ahora hacemos el mantenimiento y sabemos si los cambios ser\u00e1n o no f\u00e1ciles, caros o baratos.\u201d<\/p>\n

Socios de mecanizado
\n<\/strong>Algunos componentes, como las c\u00e1maras de vac\u00edo de un aparato llamado booster<\/em>, fueron mecanizados para la construcci\u00f3n del microtr\u00f3n en el Centro Tecnol\u00f3gico de la Marina, de S\u00e3o Paulo. En el interior de esas c\u00e1maras, ubicadas dentro de electroimanes, el haz de electrones de vueltas para pasar nuevamente en una estructura aceleradora y adquirir velocidad. Otra contribuci\u00f3n provino del Instituto de Estudios Avanzados (IEAv), del Departamento de Ciencia y Tecnolog\u00eda Aeroespacial (DCTA), que mecaniz\u00f3 los canales por donde pasa el agua de refrigeraci\u00f3n de las estructuras aceleradoras. La m\u00e1quina, en este estadio inicial, posee seis metros de longitud para el acondicionamiento de los electrones y algunos metros cuadrados para el booster.<\/em><\/p>\n

La v\u00e1lvula klystron<\/em>, de origen franc\u00e9s, fue financiada por el Banco Interamericano de Desarrollo (BID), en 1989, en un valor total, que incluye un aparato de pruebas, de alrededor de 200 mil d\u00f3lares. Es un amplificador de microondas que suministra ondas electromagn\u00e9ticas para servir de medio de aceleraci\u00f3n de los electrones en el trayecto del equipamiento hasta llegar a la muestra que se analizar\u00e1. Son decenas de kilovatios de potencia que pasan por la tuber\u00eda, el equivalente a una centena de hornos de microondas dom\u00e9sticos. Los electrones se generan en un ca\u00f1\u00f3n, capaz de producir 100 kilovoltios, que extrae esas part\u00edculas de un componente electr\u00f3nico llamado de c\u00e1todo. El haz de electrones posee una corriente el\u00e9ctrica de 50 microamperes, que parece peque\u00f1a si se la compara con el consumo de un electrodom\u00e9stico, pero corresponde al flujo de centenas de miles millones de electrones por segundo. El ca\u00f1\u00f3n fue proyectado y construido en el IF con el perfeccionamiento producto de una soldadura realizada en un horno de vac\u00edo para la uni\u00f3n entre piezas met\u00e1licas y cer\u00e1micas. El tubo cer\u00e1mico del ca\u00f1\u00f3n de electrones fue donado por la empresa NGK do Brasil, fabricante de buj\u00edas de ignici\u00f3n para motores de autos.<\/p>\n

El viaje del haz
\n<\/strong>Una vez producido en el ca\u00f1\u00f3n de electrones, el haz viaja en una especie de t\u00fanel de un di\u00e1metro de un cent\u00edmetro y medio. A lo largo del trayecto, cuando el t\u00fanel atraviesa las c\u00e1maras llamadas cavidades, se inyectan las microondas y forman un campo el\u00e9ctrico en la direcci\u00f3n del haz. En las puntas de la estructura aceleradora del booster<\/em> existen dos grandes electroimanes que hacen que el haz regrese a ella, de manera tal de darle nuevo impulso. Para que todo funcione sin interferencias externas, una parte del aparato posee un blindaje magn\u00e9tico que bloquea incluso el campo magn\u00e9tico de la Tierra. A lo largo de todo el aparato hay una serie de microcontroladores que chequean diversos par\u00e1metros. Entre los sistemas necesarios para el buen funcionamiento del microtr\u00f3n se encuentra el de protecci\u00f3n personal. \u201cExiste un sistema de interbloqueo que desconecta el acelerador en caso de que alguien entre al edificio de la m\u00e1quina, como medida de precauci\u00f3n contra posibles problemas con la radiaci\u00f3n X o gama. \u00a0Nadie permanece al lado del microtr\u00f3n mientras \u00e9ste est\u00e1 funcionando\u201d. \u00a0El control del aparato se efect\u00faa desde otra sala del instituto con un sistema dotado de un software<\/em> exclusivo desarrollado por el equipo del microtr\u00f3n.<\/p>\n

El proyecto y la construcci\u00f3n del microtr\u00f3n muestran el esfuerzo de independencia de un grupo de investigadores para dotar al pa\u00eds de un instrumento de gran importancia, no solamente para la ciencia b\u00e1sica, sino tambi\u00e9n para la industria. \u201cCon el avance tecnol\u00f3gico habr\u00e1 cada vez mayor necesidad de aceleradores industriales destinados a analizar piezas con haces de alta energ\u00eda, por ejemplo, y nosotros hemos probado que tenemos capacidad cient\u00edfica y tecnol\u00f3gica como para construir un acelerador de electrones. Y podemos transmitir conocimientos sobre aceleradores a los que necesiten construirlos\u201d, dice el profesor Vanin. Y a\u00f1ade que el grupo del microtr\u00f3n tiene inter\u00e9s en mantener intercambio con investigadores de otras instituciones que deseen usar el acelerador.<\/p>\n

\"Acelerador\"<\/a><\/p>\n

Los proyectos<\/strong>
\n1.<\/strong> Montaje de la sala de control del microtr\u00f3n (n\u00ba 98\/15389-9<\/a>); Modalidad <\/strong>Ayuda Regular a Proyecto de Investigaci\u00f3n; Coordinador <\/strong>Marcos Nogueira Martins \u2013 USP;\u00a0Inversion\u00a0<\/strong>R$ 40.835,45 y US$ 31.425,00 (FAPESP)
\n2.<\/strong> Adquisici\u00f3n de datos en el laboratorio del acelerador lineal (n\u00ba 97\/04084-0<\/a>); Modalidad\u00a0<\/strong>Ayuda Regular a Proyecto de Investigaci\u00f3n; Coordinador\u00a0<\/strong>Vito Roberto Vanin \u2013 USP; Inversion <\/strong>R$ 44.047,73 y US$ 55.659,50 (FAPESP)
\n3.<\/strong> Sistema de transporte del haz del microtr\u00f3n booster (n\u00ba 03\/07008-5<\/a>); Modalidad\u00a0<\/strong>Ayuda Regular a Proyecto de Investigaci\u00f3n; Coordinador <\/strong>Marcos Nogueira Martins \u2013 USP;\u00a0Inversion\u00a0<\/strong>R$ 166.665,00 (FAPESP)
\n4.<\/strong> Instalaci\u00f3n y caracterizaci\u00f3n de la red de microondas de alta potencia del acelerador microtr\u00f3n del IFUSP (n\u00ba 06\/01017-0<\/a>);\u00a0Modalidad\u00a0<\/strong>Ayuda Regular a Proyecto de Investigaci\u00f3n; Coordinador <\/strong>Vito Roberto Vanin \u2013 USP;\u00a0Inversion\u00a0<\/strong>R$ 124.812,50 y US$ 25.700,00 (FAPESP)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Proyectan y construyen un acelerador de part\u00edculas en el Instituto de F\u00edsica de la USP ","protected":false},"author":10,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[304],"coauthors":[97],"class_list":["post-90135","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90135","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/10"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=90135"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90135\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=90135"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=90135"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=90135"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=90135"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}