ACTUALIDAD. China anuncia la construcción de un sincrotrón de próxima generación

China es el primero en Asia en construir un sincrotrón de próxima generación

 

La nueva fuente de fotones de alta energía de China estará abierta a los investigadores a partir de 2025. Fuente: Instituto de Física de Altas Energías, Academia de Ciencias de China

La fuente de fotones de alta energía (HEPS, por sus siglas en inglés) de 665 millones de dólares en las afueras de Beijing coloca a China entre sólo un puñado de países que tienen fuentes de luz sincrotrón de cuarta generación.

14 mayo 2024.- Algunos de los rayos X sincrotrón más brillantes del mundo estarán emitiendo alrededor de la nueva instalación de alta energía de China a finales de este año. La fuente de fotones de alta energía (HEPS), valorada en 4.800 millones de yuanes (665 millones de dólares), será la primera de su tipo en Asia, lo que colocará a China entre los pocos países del mundo que cuentan con fuentes de luz sincrotrón de cuarta generación.

"Seguramente será una instalación de última generación que permitirá realizar avances científicos excepcionales", afirma Pedro Fernandes Tavares, físico que dirige la división de aceleradores de uno de los rivales de HEPS en cuanto a brillo, el Laboratorio MAX IV , un sincrotrón de radiación en Lund, Suecia.

En el edificio circular HEPS, situado en Huairou, a unos 50 kilómetros del centro de la ciudad de Pekín, los investigadores están afinando miles de componentes que ayudarán a producir una fuente de luz que pueda penetrar profundamente en las muestras para revelar su estructura molecular y atómica en tiempo real. Para finales de junio, el equipo HEPS espera terminar de instalar el sistema de cámara de vacío, un componente esencial para mantener el brillo y la estabilidad de la luz.

Súper resolución

Dentro de su anillo de almacenamiento, que tiene una circunferencia de 1,36 kilómetros, HEPS acelerará electrones hasta energías de 6 gigaelectrones voltios. Esto producirá rayos X de alta energía o "duros" que pueden sondear muestras a escalas nanométricas. Su resolución temporal será 10.000 veces mejor que la lograda por los sincrotrones de tercera generación, como la Instalación de Radiación Sincrotrón de Shanghai, de 432 metros de circunferencia, actualmente el sincrotrón operativo más avanzado de China. 

Esto permitirá a los investigadores realizar mediciones en cientos de nanosegundos en lugar de milisegundos, ha dicho Ye Tao, científico de líneas de luz del Instituto de Física de Altas Energías (IHEP) de la Academia China de Ciencias en Beijing que trabaja en HEPS.

Cuando HEPS se abra a los investigadores en 2025, los usuarios podrán seleccionar entre 14 líneas de luz para experimentos en temas que incluyen biomedicina, energía, materiales avanzados y física de materia condensada. Más adelante, se espera que HEPS admita hasta 90 líneas de luz. La instalación circular pretende "impactar todos los campos científicos, excepto las matemáticas".

Una toma aérea del sitio del proyecto HEPS en diciembre de 2023.

La instalación está ubicada a 50 kilómetros del centro de Beijing. Fuente: Instituto de Física de Altas Energías, Academia de Ciencias de China

Por ejemplo, para determinar la estructura atómica de las proteínas, los investigadores necesitan purificar y convertir estas moléculas en estructuras cristalinas ordenadas que puedan visualizarse con rayos X. Los sincrotrones más antiguos requieren muestras grandes que son difíciles de producir, lo que hace casi imposible estudiar cristales de proteínas más pequeños, dice Tavares. 

Pero los rayos X duros de HEPS serán lo suficientemente potentes como para analizar en detalle incluso las muestras más minúsculas. El nuevo sincrotrón también permitirá a los investigadores ejecutar rápidamente experimentos que tardarían días en completarse en instalaciones más antiguas, añade. "Es un verdadero cambio de juego", dice Tavares.

Más grande y más brillante

Actualmente hay alrededor de 70 sincrotrones repartidos por todo el mundo que están en funcionamiento o en construcción. Pero sólo unos pocos forman parte del club de cuarta generación, los que producen la luz más brillante y enfocada. Estos incluyen el Laboratorio MAX IV de Suecia , Sirius en Campinas, Brasil , la Fuente Extremadamente Brillante de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón en Grenoble, Francia, y la Fuente Avanzada de Fotones en Lemont, Illinois, donde casi se ha completado una actualización. 

HEPS se construyó desde cero en lugar de partir de una instalación existente porque requiere un acelerador mucho más grande que cualquiera que ya esté disponible en China para generar potentes rayos X de máxima energía.

Las instalaciones de cuarta generación, como los HEPS, se basan en una serie de imanes llamados redes acromáticas de múltiples curvaturas para generar haces de rayos X que son más estrechos (y, por lo tanto, más brillantes) que los producidos por las instalaciones de la generación anterior. 

El haz de electrones de HEPS será el más estrecho del mundo, lo que le permitirá crear rayos X particularmente intensos. Esto permitirá a los investigadores obtener más información de sus muestras que con fuentes de luz anteriores, pero con la misma dosis de radiación. Estas imágenes de alta resolución tendrán un gran impacto en la comprensión de los científicos sobre las propiedades de la materia y en el desarrollo de nuevos materiales.

Por ahora, los investigadores se centran en asegurarse de que el haz sea lo suficientemente estable como para poder utilizarlo. Es un proceso complicado que requiere ajustes paso a paso.

Fuente: Nature

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