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El láser de rayos X más potente y rápido de la historia
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10.000 veces más rápido

El láser de rayos X más potente y rápido de la historia

Funciona a temperaturas inferiores a las del espacio y acelera los electrones a una velocidad cercana a la de la luz para poder examinar muestras con una resolución sin precedentes

Foto: El láser más rápido del mundo estará listo este mismo año. (SLAC)
El láser más rápido del mundo estará listo este mismo año. (SLAC)

El láser más potente del mundo, el ‘Linac Coherent Light Source’ (LCLS), del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC del Departamento de Energía de los EEUU, tiene ahora un hermano al que se le han aplicado una serie de mejoras que lo han hecho todavía más rápido y más potente. Esta tecnología nos permitirá profundizar nuestro conocimiento de la informática, la biología, la química o la mecánica cuántica.

"En tan sólo unas horas, el LCLS-II producirá más pulsos de rayos X que los que ha generado el láser anterior en toda su vida", explica Mike Dunne, director del LCLS. "Los datos que antes podían tardar meses en recogerse podrán producirse en minutos. Llevará la ciencia de los rayos X a otro nivel, allanando el camino para toda una nueva gama de estudios y avanzando en nuestra capacidad de desarrollar tecnologías revolucionarias para abordar algunos de los retos más profundos a los que se enfrenta nuestra sociedad”.

Foto: Técnicos montando el pleader hipersónico AGM-183A en un bombardero estratégico B-52H (USAF)

Con el anterior modelo se han conseguido avances científicos como reproducir las condiciones de temperatura del núcleo de una estrella, obtener las primeras imágenes de virus intactos o hervir el agua hasta convertirla en un plasma más caliente que el interior de la Tierra. El nuevo sistema, el LCLS-II, está diseñado para tomar imágenes de objetos microscópicos en alta resolución en muy poco tiempo. Es 10.000 veces más brillante que el anterior y disparará un millón de ráfagas al segundo, mucho más rápido que las 120 por segundo que conseguía el modelo original.

Sus creadores aseguran que el LCLS-II permitirá a los científicos examinar materiales complejos con una resolución sin precedentes. Esto, según ellos, nos ayudará a: impulsar nuevas formas de computación y comunicaciones; revelar eventos químicos que nos ayuden a crear industrias más sostenibles y nuevas tecnologías de energía limpia; estudiar cómo las moléculas biológicas llevan a cabo sus funciones para desarrollar nuevos tipos de productos farmacéuticos; y profundizar en la mecánica cuántica midiendo directamente los movimientos de los átomos de manera individual.

Cómo funciona

El LCLS-II está instalado en un tubo de 800 metros de longitud que se encuentra enterrado a 9 metros en el Menlo Park de California. Este acelerador de partículas superconductor de rayos X funciona a temperaturas inferiores a las del espacio profundo para acelerar los electrones a una velocidad cercana a la de la luz.

Al igual de cómo ocurría con el modelo anterior, el LCLS-II genera electrones que luego se aceleran en el interior del tubo. Luego entran en un ondulador que los hace oscilar hasta que lanzan rayos X de lado a lado.

Ahora este proceso se ha mejorado y se le han incorporado 37 módulos con un refrigerante de helio líquido que hace que el sistema funcione a una temperatura de hasta -271 grados celsius. Estas temperaturas convierten los módulos en superconductores y permiten que los electrones pasen a través de ellos con una resistencia cero aumentando su velocidad.

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"A diferencia del acelerador de cobre que alimenta el LCLS, que funciona a temperatura ambiente, el acelerador superconductor LCLS-II funciona a 2 Kelvin, sólo unos 4 grados Fahrenheit por encima del cero absoluto, la temperatura más baja posible", sostiene Eric Fauve, director de la División Criogénica del SLAC. "Para alcanzar esta temperatura, el linac está equipado con dos crioplantas de helio de categoría mundial, lo que convierte a SLAC en uno de los hitos criogénicos más importantes de Estados Unidos y del mundo".

Además, el equipo utiliza microondas para alimentar un campo eléctrico oscilante que resuena en el interior de estas cavidades y que se sincroniza con el ritmo de los electrones que pasan a través de ellas transfiriéndoles energía. Esto hace que cuando los electrones pasan por los 37 módulos aceleren hasta una velocidad cercana a la de la luz.

A continuación, los electrones pasan a los onduladores, que utilizan fuertes imanes para tirar de los electrones de un lado a otro, haciéndolos tambalearse y provocando la emisión de rayos X. Los nuevos onduladores pueden generar rayos X ‘duros’, capaces de mostrar imágenes detalladas de átomos individuales, y ‘blandos’, que pueden mostrar el flujo de energía entre átomos y moléculas.

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Listo este mismo año

El sistema ha alcanzado su temperatura óptima este mismo mes, ahora los investigadores están trabajando en desarrollar los primeros rayos X, algo que estiman podría pasar este mismo año.

El LCLS-I y el LCLS-II trabajarán en paralelo para dotar a los investigadores que quieran usarlos de distintos rangos de energía para llevar a cabo sus experimentos. Según el equipo, este sistema les permitirá capturar imágenes detalladas de los procesos ultrarrápidos, sondear muestras delicadas y recopilar más datos en menos tiempo. El desarrollo de este sistema es una muy buena noticia para los científicos, y para nosotros, que aumentará el número de experimentos que pueden realizarse y la profundidad de nuestro conocimiento de materias que serán claves para nuestro futuro.

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El láser más potente del mundo, el ‘Linac Coherent Light Source’ (LCLS), del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC del Departamento de Energía de los EEUU, tiene ahora un hermano al que se le han aplicado una serie de mejoras que lo han hecho todavía más rápido y más potente. Esta tecnología nos permitirá profundizar nuestro conocimiento de la informática, la biología, la química o la mecánica cuántica.

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