Desarrollo de la Tecnología de Aceleradores Fuente de Luz de

Convocatoria para presentación de ideas para la realización de megaproyectos
de investigación científica o tecnológica 2006
Desarrollo de la Tecnología de Aceleradores
Fuente de Luz de Sincrotrón
Solicitud 55329 en su segunda fase
Junio 30 de 2007, México D. F.
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Contenido
Colaboración
Editores
1. Introducción
2. Objetivo
3. Motivación
3.1 Impacto Científico y Tecnológico en la formación de personal
3.2 Beneficios de un Sincrotrón mexicano
3.3 Beneficio para la Ciencia y la Industria mexicanas
3.4 Promoción de la Cooperación Regional
4. Generalidades
4.1 Aceleradores de partículas
4.2 Fuentes de Luz Sincrotrón
4.3 Organización General
5. Perspectivas del Proyecto
5.1 Los aceleradores en la medicina – hadroterapia
5.2 Fuentes de Luz Compactas
5.3 Láser de electrones libres - Free Electron Laser 6. Sitio e instalaciones
7. Diseño del Acelerador
7.1 Anillo de almacenamiento
7.1.1 Red de magnetos
7.1.2 Cámara de vacío
7.1.3 Cavidades superconductoras de radiofrecuencia
7.2 Sistema de inyección
7.2.1 Acelerador lineal
7.2.2 Sistema de cavidades del “Booster”
7.3 Líneas experimentales
7.3.1 Línea de SAXS
7.3.2 Línea de XAFS
7.3.3 Línea de XRD
7.3.4 Línea de SXS
7.3.5 Línea de PCr
8. Estimado de costos
8.1 Red de magnetos del anillo de almacenamiento
8.2 Cámara de vacío del anillo de almacenamiento
8.3 Módulos de aceleración superconductores del anillo de almacenamiento
8.4 Acelerador lineal del sistema de inyección - LINAC
8.5 Sistema de cavidades del “Booster”
8.6 Costo de las líneas experimentales
8.7 Costos de operación
8.8 Resumen de costos
Apéndices
A. Actividades realizadas para la preparación de la propuesta
B. Formación de Recursos Humanos
C. Resumidos curriculares de los editores
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Colaboración
Consorcio de Instituciones del Proyecto
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
A. Fernández Téllez, M. I. Martínez, A. Vargas, S. Vergara
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados
J. J. Alvarado, L. G. Brieba, M. Carbajal, F. Castro, J. G. Contreras, G. Herrera Corral, J. L.
Leyva, R. López, H. Mercado, L. M. Montaño, J. Mustre, L. F. Rojas, A. Sánchez, R. E.
Sanmiguel, L. A. Torres
Universidad Autónoma de la Ciudad de México
E. Álvarez
Universidad Iberoamericana
S. Carrillo
Instituto Mexicano del Petróleo
G. Domínguez Zacarías
Universidad Autónoma de San Luis Potosí
J. L. Arauz, A. Morelos
Universidad Autónoma de Sinaloa
I. León Monzón
Universidad Nacional Autónoma de México
A. Antillón, A. Hernández, E. Horjales, J. Jiménez Mier y Terán, G. Krotzsch, M. Moreno, A.
Moreno, J. Miranda, A. Rodríguez, E. Rudino, M. Soriano García,
A. Torres Larios
Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
J. Bernal, A. Carvajal
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Editores
Dr. Armando Antillón Díaz
Instituto de Ciencias Físicas
Cuernavaca, Morelos
Universidad Nacional Autónoma de México
E-mail: armando@ce.fis.unam.mx
Dr. Guillermo Contreras Nuño Departamento de Física Aplicada
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados
Campus Mérida, Yucatán
E-mail: jgcn@amapola.mda.cinvestav.mx
Dr. Gerardo Herrera Corral
Departamento de Física
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados
Campus Zacatenco, México, D. F.
E-mail: gherrera@fis.cinvestav.mx
Dr. Ricardo López Fernández
Departamento de Física
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados
Campus Zacatenco, México, D. F.
E-mail: lopezr@fis.cinvestav.mx
Dr. Matias Moreno Yntriago
Instituto de Física
Universidad Nacional Autónoma de México
E-mail: matias@fisica.unam.mx
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1. Introducción
La propuesta que presentamos es la de construir un acelerador circular de partículas cuya finalidad
sea la de producir fotones, - luz de sincrotrón- , que permita ver lo que está ocurriendo en la
estructura de la materia a nivel molecular y atómico. Un instrumento así será de gran utilidad
para muy diversos campos de la ciencia y la tecnología. El nombre, sincrotrón, proviene del
termino ingles “synchronous electron” que se refiere al proceso de aceleración por microondas de
partículas cargadas.
Con un costo estimado en 950 millones de pesos distribuidos a lo largo de 5 años el proyecto se
puede considerar de bajo costo.
El objetivo es proveer con luz de sincrotrón a usuarios de las más diversas áreas de investigación
de los diferentes sectores científicos y tecnológicos del país. Esto comprende instituciones
académicas, centros de investigación y desarrollo e industrias privadas. Pretende ser un agente
promotor de una nueva forma de realizar investigación científica así como de fomentar una mejor
articulación entre ciencia, tecnología e industria.
Un aspecto importante en el desarrollo del laboratorio es promover un intenso contacto con
especialistas extranjeros y formar parte de la comunidad de laboratorios de luz de sincrotrón del
mundo para facilitar el desarrollo de los objetivos del proyecto. La infraestructura que implica la
puesta en marcha de un proyecto de esta naturaleza es en si misma un punto de atracción de talento
que de otra forma seguirá viendo a nuestro país como un lugar de donde el desarrollo de las ideas
es difícil por no contar con los instrumentos necesarios para la investigación de frontera.
Para tener idea de la situación de nuestro país en el contexto global, usamos como marco de
referencia las siguientes comparaciones y parámetros. En la tabla que sigue mostramos la situación
mundial en lo que se refiere al desarrollo de la tecnología de aceleradores de luz de sincrotrón.
País
EEUU
Número
Laboratorios de Luz de
de
Sincrotrón
Labs.
de Luz
Sincrotrón
10
ALS Berkeley California
APS Argonne, Illinois
CAMD, Lousiana
NSLS, Brookhaven
SPEAR, California
SRC, Aladdin, Madison
CESR, CHESS, Cornell
FEL, Duke
SURF-II, SURF-III, NIST,
Maryland
55
Lugar en la lista
de economías
2005
(Inter. Monetary
Fund - GDP - )
1
(12,455,000MUSD)
Japón
12
TSRF, Tohuku
SuperSOR, Tokio
NIRS, Chiba-shi
NanoHana,Ichicahra
NSSR,Nagoya
AIST,Tsukuba
UVSOR,Okazaki
MIRRORCLE,Ritsumeikan
KSR, Kyoto
SAGA, Tosu
HISOR, Hiroshima
Spring8, Hyo
ANKA, Karlsruhe
BESSY, Berlin
DELTA, Dortmund
ELSA, Bonn
DESY, Hamburg
BSRF, Beijing
NSRL, Hefei
SSRC, Shangai
2
(4,505,000MUSD)
Alemania
5
China
3
Inglaterra
2
Diamond, Oxfordshire
SRS, Daresbury
5
(2,229,000 MUSD)
Francia
3
6
(2,126,000 MUSD)
Italia
2
Canada
1
ESRF, Grenoble
LURE, Orsay
SOLEIL, Saint Aubin
Elettra,Trieste
DAFNE, Frascati
CLS, Saskatoon
España
1
Brasil
1
Corea
1
India
1
México
0
Rusia
4
3
(2,790,000 MUSD)
4
(2,234,000 MUSD)
7
(1,765,000 MUSD)
8
(1,132,000 MUSD)
ALBA, Valle
9
(1,126,000 MUSD)
LNLS, Campinas
10
(795,000 MUSD)
Pohang, Phohang
11
(787,000 MUSD)
INDUS-1,INDUS-2, Indore 12
(772,000 MUSD)
Propuesta en curso
13
TNK, Moscu
DELSY, Dubna
Siberia-1Siberia-2
SSRC, Novosibirsk
66
(768,000 MUSD)
14
(763,000 MUSD)
Australia
Suiza
Suecia
Taiwan
1
1
1
1
Melbourne
SLS, Villigen
MAX, Lund
NSRRC, Hsinchu
Dinamarca
1
ISA,ASTRID, Aahrus
Tailandia
1
NSRC, Nakhon
Singapore
1
SSRL, Singapore
Jordania
1
SESAME
Armenia
1
CANDLE
15
(708,000
18
(367,000
20
(359,000
21
(346,000
MUSD)
MUSD)
MUSD)
MUSD)
27
(260,000 MUSD)
36
( 173,000 MUSD)
43
(116,000 MUSD)
95
(12,000 MUSD)
136
( 3,782 MUSD)
En esta tabla se puede apreciar cómo las economías más grandes han incursionado en el ámbito de
la tecnología de una manera agresiva. La economía de México figura en el lugar 13 de acuerdo
con su Producto Interno Bruto. Economías menores que la nuestra han decidido apostar al
desarrollo tecnológico construyendo facilidades de investigación de este tipo.
El proyecto que presentamos se desarrollará en etapas. En una primera fase se analizará y
desarrollará el proyecto global y se realizarán las gestiones para la donación de un terreno así
como la consecución de recursos para la obra civil y su ejecución. Esta etapa podría consumir los
primeros dos o tres años.
Una vez listo el edificio se daría inicio a la fase de montaje de la máquina mediante la instalación
del acelerador lineal de electrones y su sistema de control , de la red de imanes del “booster” y del
anillo de almacenamiento, del sistema de ultra-alto vacío, del sistema de control operacional del
acelerador circular de electrones y finalmente la instalación de las líneas de luz.
La luz de sincrotrón puede ser caracterizada clásicamente como aquella que se produce por una
partícula eléctricamente cargada al ser acelerada perpendicularmente a su velocidad. Esta
radiación ha sido descrita con distintos niveles de detalle desde finales del siglo XIX por Lienard y
Larmor; y a principios del siglo XX por Schott. El interés en este proceso físico decayó al
descubrirse que la naturaleza quántica de la radiación no podría ser descrita correctamente por el
electromagnetismo clásico.
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Esquema de la radiación de sincrotrón que emite una partícula cargada al ser desviada de su trayectoria.
No fue sino hasta los años posteriores a 1940 con el desarrollo de los primeros aceleradores de
electrones que el interés en este tipo de radiación renació. Esto se debió a que su existencia ponía un
límite a la energía máxima que una partícula cargada podría alcanzar en un acelerador circular. En
este sentido la luz de sincrotrón tuvo un inicio negativo, al estudiarse con más detalle sus
propiedades en particular su espectro se reconoció que si el cociente de la energía cinética a la
masa en reposo de la partícula, γ = E / mc 2 , es suficientemente grande y el haz de partículas lo
suficientemente colimado la radiación emitida es la mas potente conocida en amplias regiones del
espectro electromagnético. En particular entre el ultravioleta y los rayos X.
La radiación sincrotrón se transformó en una de las más importantes herramientas para estudiar las
escalas de la materia entre el tamaño atómico (rayos X) y el de las estructuras celulares (rayos
ultravioleta).
En el mundo existen varias docenas de aceleradores de electrones dedicados exclusivamente a la
generación de radiación de sincrotrón. El único en América latina está en Brasil y opera desde
mediados de la década pasada. Los usuarios de luz sincrotrón mexicanos, que se cuentan en
varias docenas, han recurrido hasta el momento a los laboratorios extranjeros para utilizar estas
fuentes con la consecuente pérdida de control en sus estudios, la ineficiencia y limitaciones de
tiempo impuestas por tal procedimiento. Visto esta perspectiva la pregunta no es si el país
requiere o no una fuente de luz sincrotrón sino cuándo la tendrá.
Hay dos razones centrales para que tal desarrollo no se haya dado en el país. La primera consiste
en que el costo actual de los aceleradores que producen esta luz es relativamente alto, en las
decenas de millones de dólares. La segunda, que está de hecho vinculada a la primera, la falta de
recursos humanos con conocimiento en el diseño y la física de aceleradores.
Con la realización de la propuesta que presentamos el país se pondría a la vanguardia en un área
de desarrollo científico y tecnológico en el que actualmente tenemos un rezago.
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2. Objetivo
Establecer y consolidar un grupo interdisciplinario para el estudio de aceleradores y sus diferentes
aplicaciones en ciencia y tecnología, mediante el diseño y la construcción de una fuente de luz
sincrotrón en México.
Proponemos crear el laboratorio de luz de sincrotrón que tenga como misión:
•
Realizar investigación, desarrollo y formación de recursos humanos calificados en Ciencia
y Tecnología, en particular en el área de aceleradores de partículas.
•
Proyectar y construir aceleradores así como su instrumental científico.
•
Desarrollar aplicaciones de aceleradores de partículas en investigación básica y tecnológica
en los sectores industrial y agroindustrial, de salud y en áreas de tecnología avanzada.
•
Desarrollar y generar bienes así como licenciar para la fabricación por terceros productos
y servicios de alta tecnología.
•
Colaborar con instituciones de enseñanza e investigación nacionales e internacionales para
el desarrollo de proyectos comunes.
•
Cooperar con la iniciativa privada en actividades de investigación y desarrollo así como
incentivar la incubación e implantación de nuevas empresas de alta tecnología.
99
3. Motivación
3.1 Impacto Científico y Tecnológico en la formación de personal
La existencia de una instalación de radiación de sincrotrón a nivel nacional, modificará
fuertemente la manera como se lleva a cabo la investigación científica en general e influenciará
decisivamente en la calidad y la cantidad de investigaciones en nuestro país.
Las aplicaciones de la luz de sincrotrón son de tal importancia y tan variada que su impacto se
dejará sentir en un amplia gama del quehacer científico y tecnológico.
Las consecuencias tecnológicas más significativas generadas en el país por un proyecto de este
tipo son:
1. Aceleradores lineales, tecnología de radiofrecuencia
2. Electroimanes, control de haces, mecanismos de inyección parte fundamental para el
desarrollo de competitividad en aceleradores de partículas
3. Sistemas de vacío: uso en gran escala de sistemas de vacío es indispensable. La industria
electrónica, metalúrgica y médica se beneficiará significativamente de los desarrollos
técnicos en esta área.
4. Tecnología de bajas temperaturas.
5. Instrumentación científica. El laboratorio exige uso en gran escala de instrumentación de
detectores, sistemas de control y comunicaciones.
6. Aplicaciones de la investigación en materiales con propiedades novedosas.
El aspecto más fundamental de un proyecto de esta magnitud es el impacto en la formación de
personal altamente calificado en todos los aspectos de la tecnología de aceleradores que es muy
amplia.
Un sincrotrón mexicano sería una gran influencia para la educación y la formación en la
investigación para las futuras generaciones de estudiantes de posgrado.
La variedad de disciplinas científicas que están simultáneamente involucradas en las técnicas de
investigación con sincrotrón brinda automáticamente un ambiente multidisciplinario con
colaboraciones internacionales en investigación e innovación de frontera.
Se tiene registrado que en la organización que rodea a un laboratorio de luz de sincrotrón, los
estudiantes tienen la oportunidad de mezclarse y discutir sus respectivos trabajos con
investigadores líderes, organizaciones e industrias relacionadas. Todo esto brinda el ambiente
necesario para atraer y retener a los recursos humanos más talentosos del país.
3.2 Beneficios de un Sincrotrón mexicano
Es reconocido a nivel internacional que la investigación usando luz sincrotrón es una actividad
troncal que provee información esencial en las ciencias químicas, de materiales, ciencias de la vida,
molecular y del medio ambiente.
Un sincrotrón es visto en la actualidad como una facilidad de infraestructura para la investigación
científica e industrial que todos los países desarrollados y algunos en vía de desarrollo (Brasil,
10
10
India, Singapur, Tailandia, etc.) poseen.
Una gran cantidad de investigadores mexicanos utilizan facilidades de este tipo en otros países
principalmente en EUA, Brasil y el Reino Unido. Además de los problemas administrativos y de
transporte de equipo y muestras, las dificultades mayores se tienen para obtener tiempo de
experimento y por lo tanto los proyectos complejos o de larga duración prácticamente están
prohibidos.
La ciencia mexicana, teniendo una comunidad creciente de cristalógrafos de proteínas,
aprovecharía mucho las repercusiones en todas las ciencias biológicas con la instalación de un
laboratorio de luz sincrotrón.
Ya que los experimentos de un sincrotrón generan una gran cantidad de datos, también detonaría el
incremento en el equipo computacional incluyendo la parte de ingeniería y la de transferencia de
información.
Un sincrotrón mejoraría la percepción de México en el exterior. Esto promovería un incremento
en la competitividad científica a través de la retención de talentos, la instalación de nuevas
empresas y negocios relacionados así como un aumento de los niveles de investigación en
colaboraciones internacionales.
El laboratorio actuará como una incubadora educativa de donde saldrá una buena cantidad de
estudiantes sobresalientes con
carreras científicas, tecnológicas y de ingeniería. No
necesariamente sería un lugar para la realización de posgrado pero si uno donde los estudiantes de
instituciones educativas puedan realizar sus trabajos de tesis.
Los sincrotrones fuentes de luz son dispositivos experimentales altamente eficientes comparados
con otras fuentes. Se estima que un experimento que tomaría normalmente un año para realizarse
usando rayos-x convencionales (como sucede actualmente) podría ser realizado en unas cuantas
horas o días usando una máquina de luz sincrotrón de alta intensidad.
El reciente ganador del premio Nobel, el médico Dr. Meter Doherty, ha señalado la importancia de
la tecnología de sincrotrones en su campo: “La tecnología de luz de sincrotrón está en la actualidad
involucrada en el 80% de los descubrimientos y desarrollos de medicamentos, y pronto lo será en
el 100%. El efecto neto es reducir el tiempo en el diseño de medicamentos de varios años a unas
cuantas semanas”.
En suma el país se verá beneficiado en aspectos como:
-
Apoyo futuro para científicos
Retención de científicos de alto nivel en México
Facilitación de colaboraciones internacionales
Captura de propiedad intelectual
Aumento en la competitividad tecnológica
Percepción internacional de México como un país de desarrollo científico e industrial
En su capacidad total, un sincrotrón como el que estamos proponiendo alojaría hasta 30 líneas
11
11
experimentales que podrían trabajar simultáneamente involucrando a cientos de investigadores en
ciencia y medicina, ingenieros y tecnólogos interactuando en una verdadera búsqueda
multidisciplinaria.
Sería un punto focal para la interacción entre estas comunidades y propiciaría colaboraciones
internacionales. La tendencia actual en las ciencias biológicas y medicina es combinar redes y
laboratorios de investigación como el “US National Institutes of Health”. De la misma forma los
Institutos de Investigación Médica, de Investigaciones Genéticas y otros muchos más podrán
cohesionarse alrededor de un laboratorio de este tipo.
Tendría un gran impacto en la educación y en el entrenamiento para la investigación a partir de la
siguiente generación de estudiantes en las áreas de física, química, biología y ciencia de materiales
al tener acceso a técnicas innovadoras de investigación y la oportunidad de trabajar en un
ambiente comunitario y de colaboración.
Así mismo, abriría nuevas oportunidades de plazas de investigación atrayendo y reteniendo a la
gente más talentosa. De hecho hemos sabido por diversos medios del interés por parte de
expatriados en regresar al país una vez que existiera una facilidad de este nivel.
La investigación con el uso de un sincrotrón contribuiría a construir un México sustentable y
amigable con el medio ambiente a través del apoyo a la investigación en plantas, parásitos,
ciencias del suelo, agua, contaminación atmosférica, recuperación de lugares contaminados,
desechos de minas y mejoras de combustibles.
La investigación con luz sincrotrón es vital para avanzar en la investigación médica moderna y
promover la salud pública. El sincrotrón es una herramienta esencial para el diseño de
medicamentos, investigación en biología, biotecnología, ciencias de los alimentos e imágenes
médicas y representa un gran futuro en radioterapia.
Un sincrotrón sería extremadamente útil para incrementar la investigación fundamental en las
ciencias básicas que están más relacionadas con la frontera de la tecnología para construir y
transformar la industria. Actualmente se contribuye en los avances en fotónica, polímeros,
cerámicas, metales y aleaciones, bio- y nano-materiales, química orgánica e inorgánica, tecnología
de películas delgadas y manufactura avanzada, particularmente la producción de microdispositivos.
3.3 Beneficios para la Ciencia y la Industria mexicanas
Para las ciencias de la vida la luz de sincrotrón es una herramienta esencial en el análisis
estructural y de conformación de proteínas, ácidos nucleicos y virus. Provee nuevas técnicas para
observar células y estructuras biológicas en tiempo real. En México estas áreas siempre han tenido
un desarrollo importante aunque no en la parte experimental que se vería rápidamente beneficiada.
Los rangos de alta resolución en espectroscopía de rayos-x, la difracción y la posibilidad de
observar procesos en tiempo real, brindará un entendimiento más profundo en muchas áreas de
física y química básica, pasando por la ciencia de nuevos materiales avanzados.
12
12
Para el área emergente de las nano-ciencias donde los materiales y los procesos químicos son
controlados y manipulados a nivel atómico y molecular, las técnicas con luz sincrotrón son vitales
no sólo para la caracterización a estas escalas, sino también para la producción de los sustratos en
los cuales los experimentos se llevan a cabo.
Para la agricultura, abre nuevas posibilidades en el conocimiento de la proteómica de sistemas de
las plantas cuando se pueden observar los procesos que llevan iones metálicos o toxinas dentro de
las células y tejidos de las plantas. Permitiría también análisis rápidos de suelos y detección hasta
en muy bajos niveles de la presencia de cualquier elemento.
En la industria de los minerales, se espera revolucionar la exploración y el procesamiento. Usando
altas intensidades de luz es posible analizar grandes muestras y determinar el nivel de oxidación,
lo cual permite obtener fácilmente los medios de tratamiento para la extracción.
En el caso de la industria petrolera y del gas, la posibilidad de estudiar las reacciones en tiempo
real bajo condiciones de alta presión y temperatura, asistiría directamente en el desarrollo de
tecnologías de extracción. También puede brindar información adicional en el estudio de
reacciones de corrosión por dióxido de carbono en las tuberías.
En el desarrollo de materiales avanzados, un sincrotrón brinda la posibilidad de caracterizar
materiales con precisión requerida usando técnicas de espectroscopía de absorción. Esto permite
entender la nano estructura de cerámicas, el funcionamiento y la estructura molecular de polímeros
y biomateriales inteligentes y las estructuras electrónicas y magnéticas de nuevos semiconductores
y materiales opto-electrónicos
Para la micro tecnología, brindaría la capacidad única de manufactura de micro dispositivos con
profundidad. Las técnicas convencionales de litografía usadas para la manufactura de
microcircuitos producen dispositivos planos, componentes que son esencialmente series de capas
bidimensionales. La litografía basada en sincrotrón permite una tercera dimensión que es necesaria
para muchos dispositivos micro-mecánicos y micro-fluídicos. La luz sincrotrón también permite la
medición de superficies ultra-finas importantes para la última generación de micro dispositivos de
silicio. Estas técnicas permiten la manufactura de sensores integrados inteligentes y otros micro
dispositivos novedosos para la comercialización en los sectores automotrices, aeroespaciales,
tecnologías de comunicaciones, de la información y en la biotecnología. Como se puede observar
estos dispositivos impactarán todos los aspectos de la manufactura en el futuro.
En el sector de la instrumentación científica, donde México aún no tiene un inicio en el desarrollo,
brindaría un primer acercamiento a las técnicas de medición en física y detectores.
En la industria farmacéutica, además de la investigación básica ya mencionada, se tendría una
herramienta de monitoreo de control de calidad y detección de problemas en la manufactura de
medicinas.
13
13
3.4 Promoción de Cooperación Regional
Con una infraestructura de primer nivel será más fácil establecer una colaboración estrecha con los
laboratorios de EUA, Canadá y Brasil para intercambiar experiencias y complementar las técnicas
y los experimentos en una amplia variedad de tópicos.
De manera natural México se convertirá en un polo regional de desarrollo tecnológico a donde los
países de Latinoamérica puede acudir trayendo ideas y talento.
La zona que comprende el Sur de los Estados Unidos, México y el Caribe contarían con un punto
de encuentro donde se discutirían los temas de frontera en ciencia y tecnología promoviendo
sinergias de desarrollo regional.
14
14
4. Generalidades
4.1 Aceleradores de partículas
La búsqueda de la estructura fundamental de la materia ha motivado su estudio a escalas cada vez
más pequeñas. A partir de las escalas atómicas la física tiene carácter cuántico, por lo que de
acuerdo a la relación de DeBroglie, para observar detalles de tamaño dado por una longitud de
onda asociada a la partícula, es inversamente proporcional a su momento.
Momentos cada vez mayores representan una longitud de onda cada vez menor y por lo tanto una
mejor resolución espacial. Para alcanzar los momentos necesarios para resolver escalas de
nanómetros y menores se necesitan máquinas llamadas aceleradores de partículas.
Actualmente pequeños aceleradores se utilizan rutinariamente en la lucha contra el cáncer. Otros
aceleradores producen isótopos radioactivos útiles marcadores de moléculas con uso en medicina.
También han sido usados para tratar plásticos y pinturas, para esterilizar comida o para imprimir
circuitos en la industria semiconductora entre otras muchas aplicaciones.
Un tipo especial de acelerador, las fuentes de luz, son usadas actualmente en una amplia gama de
estudios avanzados que incluyen entre otros, difracción de rayos X para determinar la estructura de
proteínas y enzimas, creación de nuevos materiales, litografía para la industria semiconductora, y
aplicaciones médicas y farmacéuticas.
4.2 Fuentes de luz Sincrotrón
Uno de los usos mas populares de los aceleradores es el de generadores de luz con características
muy particulares que permiten una gran resolución tanto espacial como temporal, muy brillantes,
con un espectro amplio incluyendo los rayos X duros.
La radiación es el producto de la aceleración de cargas eléctricas, normalmente electrones. Hay
diferentes formas de acelerar las cargas y el tipo de luz producida y sus características dependen de
la forma escogida. La más común es utilizar fuentes de luz sincrotrón. Los electrones son
acelerados hasta la energía de un anillo de almacenamiento, el cual contiene dispositivos
especiales en sus secciones rectas para producir la luz coherente. En los últimos años, la tecnología
ha avanzado lo suficiente como para que los free electron laser (FEL) empiecen a utilizarse
rutinariamente. Estos sistemas utilizan el principio de radiación estimulada para producir la luz.
Recientemente se presentó otro avance, llamado compact light source parece será sólo útil en
grupos pequeños de investigación, debido al carácter monocromático y a la no muy alta intensidad
lograda. No se prevé que suplanten ni a las fuentes de luz sincrotrón ni a los FEL, sin embargo
parece ser una opción interesante y complementaria a los otros métodos.
El uso de la radiación sincrotrón, se inició como una actividad parásita en aceleradores diseñados
para estudios de física de altas energías y la fuente de luz eran los magnetos dipolares. Con el
tiempo estos aceleradores dejaron de ser útiles en el área de física de altas energías y se
convirtieron en fuentes de luz dedicadas. A éstas se les llama fuentes de luz de primera generación.
Las fuentes de luz actuales fueron construidas específicamente para la producción de luz
sincrotrón. Desde el inicio su diseño está orientado a tener
15
15
i.
ii.
emitancias del haz lo más pequeñas posibles, del orden de unos pocos nanómetros para
lograr una alta brillantez.
suficientes secciones rectas adecuadas para incluir generadores de luz de longitud de
onda corta. A éstas se les llama fuentes de luz de la tercera generación.
El término de fuente de luz de cuarta generación se refiere normalmente a laboratorios basados en
un acelerador lineal capaz de producir rayos X duros mediante un FEL.
4.3 Organización General
Un acelerador de sincrotrón consta por un lado del acelerador mismo y por otro de los
experimentos que se realizan. Estos dos componentes principales están soportados por una serie de
servicios técnicos y servicios administrativos. Esto sugiere una división natural del proyecto de la
siguiente manera:
Departamento de Aceleradores
Departamento de Experimentos
Departamento de Servicios Técnicos
Departamento de Servicios Administrativos
Departamento de Comunicación
Las cabezas de estos diferentes departamentos formarían el cuerpo rector del laboratorio. En este
cuerpo deberá de haber también representantes de las instancias administrativas superiores en las
cuales esté enmarcado el laboratorio. Esta instancia rectora estaría asesorada por los siguientes
consejos externos:
Consejo científico internacional
Consejo técnico internacional
Consejo internacional de usuarios
16
16
5. Perspectivas del proyecto
La propuesta que presentamos es el desarrollo de la tecnología de aceleradores en México. Hemos
enfocado esta propuesta hacia el diseño y construcción de una fuente de luz de sincrotrón pero no
queremos dejar de enfatizar la parte central del proyecto que deberá tener un programa de
desarrollo más allá de la fuente de luz que describimos.
Un grupo de especialistas en la tecnología de aceleradores podría
gestar proyectos que
involucran la tecnología de aceleradores para el bienestar social.
Un proyecto de aceleradores debe tener claras sus posibilidades a futuro y es por eso que queremos
mencionar aquí las perspectivas que en su conjunto tiene la iniciativa. En este capítulo damos tres
ejemplos de proyectos de gran relevancia que entran en el área de tecnología de aceleradores y que
podrían ser objeto de estudio de los grupos de especialistas que se formarán alrededor del
proyecto.
5.1
Los aceleradores en la medicina - hadroterapia
La terapia de hadrones ha tratado ya a más de 47,000 personas en el mundo. Actualmente se
construyen algunos centros dedicados que pronto entraran en operación en Europa como el Centro
Nacional de Hadroterapia Oncológica en Italia o el
Austrian Ion Therapy Cancer Research Centre Project - MedAustron - en Austria, Rinecker
Proton Therapy Center RPTC en Munchen Alemania.
Los protones así como iones ligeros son particularmente buenos en el tratamiento de tumores
localizados en el interior del cuerpo, como melanoma ocular, tumores en la espina dorsal, tumores
intercraneales, adenoma en la pituitaria, carcinoma cístico, cáncer de próstata etc.
Iones de carbono han sido particularmente eficientes en el tratamiento de algunos tipos de cáncer
radio resistentes.
Se estima que las necesidades actuales se verían cubiertas con un centro de hadroterapia por cada
10 millones de habitantes.
Con el apoyo de fondos concurrentes y la participación de físicos, ingenieros y médicos de
diferentes instituciones se dará inicio a la formación de un grupo de especialistas en hadroterapia.
El contacto inmediato con oncólogos es de particular importancia a fin de despertar el interés por
este nuevo tipo de terapia. Se ha dado inicio a la formación de grupos de trabajo con la
organización de un taller de hadroterapia que se llevó a cabo los días 28 al 30 de mayo de 2007 en
las instalaciones del Cinvestav en la ciudad de México. Físicos e ingenieros mexicanos serán
entrenados en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares así como en la Fundación Tera
en Italia a fin de dar inicio con un programa de transferencia de tecnología.
5.2
Fuentes de Luz Compactas
Existe un nuevo tipo de fuente de radiación y que ha sido desarrollado en los últimos diez años.
El proceso físico elemental en el que se basan estas fuentes de luz es distinto de la luz de
sincrotrón. Se trata del efecto Compton (o Thomson) inverso.
El adjetivo inverso es porque en el efecto Compton normal el fotón entrante tiene mayor energía
17
17
que el saliente pues el electrón inicial está en reposo; mientras que en el Compton inverso el fotón
saliente adquiere mayor energía que el entrante pues el electrón inicial está en movimiento.
Esquema del efecto Compton
La interacción entre la luz de un láser y el haz de partículas de un acelerador se ha usado para
diversos propósitos, entre ellos para diagnosticar el estado del acelerador, para enfriar el haz. El
enfriamiento es indispensable para evitar que el haz se ensanche y pierda efectividad al hacerlo
chocar. En 1999 Ruth y Hwang encontraron que haciendo interaccionar en repetidas ocasiones el
haz de partículas con una cavidad de luz láser se podía disminuir el ensanchamiento que
técnicamente esto se mide por el parámetro emitancia. El estudio mostró que tal efecto era
capaz de transferir un alto porcentaje de la energía del haz de partículas a luz. Esta
transferencia se logra con el efecto Compton inverso.
En el efecto Compton tradicional el electrón inicial está en reposo. Podemos plantear la
conservación de energía y cantidad de movimiento
pi + k i = p f + k f
p f = pi + k i − k f
m 2 = m 2 + 2 p i ⋅ Δk + (Δk ) 2 , Δk = k i − k f
por lo que obtenemos la fórmula de Compton en forma covariante
p i ⋅ Δk = k f ⋅ k i
(1)
18
18
En efecto, con pi = (mc,0) obtenemos el efecto Compton tradicional
mc 2 ΔEγ = E i γ E f γ (1 − cosθ γγ )
(2)
dividiendo entre el producto mc 2 E i γ E f γ
λ f − λi = λC (1 − cosθ γγ )
(3)
dónde λC = h / mc es la longitud de onda de Compton y por Planck
Si ahora en
p i ⋅ Δk = k f ⋅ k i
Eγ = hυ = hc / λ .
r
usamos p i = ( E i / c, p ) obtenemos
E i k i (1 − β cosθ i ) − E i k f (1 − β cosθ f ) = k i k f (1 − cosθ γγ )
donde E i , k i = E i γ , k f = E f γ
(4)
son las energías del electrón inicial y los fotones inicial y final
respectivamente. Dividiendo ahora entre el producto E i , k i k f
obtenemos
λ f (1 − β cosθ i ) = λe (1 − cosθ γγ ) + λi (1 − β cosθ f )
(5)
donde se introdujo λe = hc / E i la longitud de onda del electrón λ e relacionada con las de
Broglie y Compton por
(6)
1
1
1
=
+
e 2
2
(λ )
(λC )
(λ B ) 2
con
λ B = h / p la longitud de de Broglie del electrón.
De la relación (5) se obtiene la longitud de onda del fotón saliente en términos de los parámetros
de laboratorio. Para β ≈ 1 y θ i ≈ π se obtiene
λf =
λe 1 − cos θ γγ
2
1− x
19
+
λi 1 − β cos θ f
2
1− x
(7)
1
(1 + β cos θ i ) muy pequeño.
2
En muy buena aproximación
con x =
λf =
pues cosθ γγ = − cosθ
f
λe
(1 + β cos θ f ) +
λi
(1 − β cos θ f )
2
2
y de la condición de x pequeño se obtiene y los dos términos de la
derecha semejantes
λi λe ≈ λc 2
para λi = 500 nm ,
λ f = 1Αngs se obtiene Ei ≈ 30 MeV
Este es el resultado de Ruth y Hwang.
Este mecanismo ha sido transferido del Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) a una
compañía privada, Lyncean Inc., dirigida por Ruth y que ha obtenido el apoyo del National
Institute of Health (NIH) de los Estados Unidos.
El diseño de Lyncean Inc. consiste en un anillo de acumulación de electrones con una sección
recta en la que se instala simultáneamente una cavidad resonante de luz láser. El diseño depende
de manera crucial del efecto Ruth-Hwang en el que el láser enfría el haz de electrones
disminuyendo su emitancia para lograr la brillantez requerida que haga útil el haz de rayos X
saliente.
Esta compañía anunció el año pasado que obtuvo luz del efecto Compton inverso. El siguiente
paso es obtener la brillantez esperada. La radiación obtenida tiene un espectro de frecuencias
entonable y tiene un espectro de frecuencias básicamente monocromático comparado con el
ancho espectro de la luz de sincrotrón.
Un segundo diseño para usar la interacción láser-electrón ha sido impulsado en el Massachusetts
Institute of Technology (MIT). Aquí en vez de utilizar el anillo de acumulación se utiliza
directamente un acelerador lineal de muy baja emitancia. Este diseño espera obtener
interacciones electrón-láser en tres años. Tendría potencialmente la capacidad de tener varias zonas
de emisión de luz Compton.
Ambos proyectos tienen el potencial de producir luz cuasi-monocromática con una
brillantez comparable a las fuentes de luz sincrotrón de segunda generación. Esto junto con
el tamaño reducido del anillo de acumulación o el acelerador lineal, según el diseño, podría
hacer de ellos una fuente de luz similar a la de sincrotrón a una fracción del costo de las
fuentes tradicionales de luz sincrotrón.
Hemos extraído una figura de la tesis doctoral defendida por Roderick J. Loewen en la
Universidad de Stanford en California, E.U en 2003 y bajo la dirección del Dr. R. Ruth.
20
El modelo que se muestra aquí tiene aproximadamente 4 metros de longitud.
21
5.3 Láser de electrones libres - Free Electron Laser Otra manera de producir luz altamente colimada y de alta intensidad es el así llamado láser
de electrones libres o FEL por sus siglas en ingles. Además de las ventajas que ofrece la luz
láser, el FEL ofrece, en contraste con láseres tradicionales que son básicamente
monocromáticos, un amplísimo rango de frecuencias posibles que van desde las microondas hasta rayos X suaves y actualmente se encuentra en construcción un FEL de rayos X
duros.
Éste es un avance relativamente reciente, pues la propuesta original de Madey data de
apenas 1971. Él y su grupo, en trabajo realizado desde 1971 a 1976, demostraron el
principio construyendo un prototipo y reafirmaron las principales características esperadas:
facilidad para su diseño y amplio rango de frecuencias a escoger.
La idea es que un haz de electrones ultrarelativistas atraviese un campo magnético
periódico, producido por un dispositivo llamado ondulador, colocado transversalmente a su
trayectoria e intercambie energía con él. Creando una resonancia entre el campo y el haz se
incrementa enormemente la eficiencia de intercambio de energía. La resonancia se logra
sincronizando la luz radiada con el periodo del campo magnético y la velocidad del haz.
Como la velocidad del haz es un parámetro controlado por el operador del acelerador, se
puede cambiar con relativa facilidad y por lo tanto se modifica la longitud de onda de la luz
radiada, creando el amplio rango de frecuencias permitidas.
Este mismo mecanismo de resonancia produce que el haz de luz sea producido en paquetes
de dimensiones muy pequeño lo que dota al haz, no sólo de una excelente resolución
espacial, sino también temporal, lo que permite estudiar incluso procesos dinámicos a
escalas muy pequeñas.
Al igual que las fuentes de luz sincrotrón, los FEL son altamente costosos, por lo que no se
les considera instrumentos de laboratorio, sino que se construyen facilidades
experimentales que son utilizadas por una comunidad internacional. A pesar de ser tan
reciente, ya existen unas 20 facilidades de este tipo y al menos otra docena se encuentran en
fase de diseño y construcción.
Una parte importante de la infraestructura necesaria para la construcción de un FEL es
también necesaria para la construcción de una fuente de luz sincrotrón por lo que
normalmente estos dispositivos se encuentran en grandes laboratorios que ya cuentan con
un haz de luz sincrotrón.
Desde este punto de vista, el FEL se presenta como un excelente proyecto a futuro que
continúe el proyecto aquí presentado
22
6. Sitio e instalaciones
En esta propuesta hacemos el ejercicio de presentar un sitio tentativo. Un estudio más
detallado así como la consideración de otras opciones está por supuesto en mente en caso
de que la propuesta tenga éxito.
El Campus Guadalajara del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados ha expresado
interés por albergar el proyecto http://www.gdl.cinvestav.mx/jcinv/html/cinvestav/.
En estos términos planteamos la posibilidad de basar ahí nuestra propuesta, a reserva del
interés que pueda surgir de parte de otras entidades federativas.
sitio tentativo
Un aspecto crucial en la elección del lugar estará en términos del apoyo local (estatal y
municipal) al proyecto. Para la presentación de esta propuesta hemos entrado en contacto
con autoridades locales al nivel de prospecto. Un planteamiento más preciso se hará en una
fase más avanzada de la propuesta.
Otro aspecto importante del sitio a elegir es la ubicación geográfica, así como las vías
de comunicación con que cuente el sitio. Al respecto la Ciudad de Guadalajara es una de las
urbes con mejor infraestructura de comunicaciones. Un buen número de empresas de alta
23
tecnología ha elegido poner ahí sus oficinas, fábricas y centros de desarrollo en atención en
este aspecto.
Ubicado a unos kilómetros del periférico que rodea a la ciudad, el Campus Guadalajara del
CINVESTAV ha ofrecido su apoyo al mismo tiempo que está dispuesto a ser interlocutor
con las autoridades locales para la donación del terreno y apoyo en la construcción de
edificios.
La estabilidad mecánica debe ser estudiada con cuidado a fin de diseñar la plataforma del
anillo. Un área circular con un radio de aproximadamente 130 metros es la que representa
mayor sensibilidad en términos de desplazamientos del terreno así como vibraciones.
La deformación del piso por carga debe quedar en intervalos determinados.
En cuanto a vibraciones, es conveniente mencionar que la mayoría de los sitios donde se
encuentran los laboratorios del mundo están lejos de las condiciones ideales. Algunos
laboratorios están en la mitad de las ciudades donde el tráfico es intenso. Otros incluso
cerca de autopistas. En todo caso y como primera aproximación buscamos un terreno
alejado de perturbaciones mayores como las que se producen en minas o excavaciones
donde se usen explosivos frecuentemente.
Los parámetros que determinan la brillantez del haz de fotones son la emitancia y el tamaño
de los haces a la entrada de los dispositivos generadores de luz. Desde el punto de vista
del usuario del haz de luz, la intensidad, la posición, el ángulo y la energía del haz tienen
que ser reproducibles.
Si el piso se mueve, el sistema de suspensión del anillo también lo hará ocasionando que
los magnetos se muevan. Este movimiento alterara las órbitas de los electrones y aumentará
la emitancia, reduciéndose así la brillantez del haz, pues ésta es inversamente proporcional
a la emitancia.
24
Campus CINVESTAV
El edificio es parte integral del acelerador. Los requerimientos fundamentales están en
dados términos de estabilidad mecánica, térmica y eléctrica.
Se distinguen tres tipos de estabilidad que se requieren para un funcionamiento correcto de
la fuente de luz:
25
•
Estabilidad de largo plazo (anual)
Básicamente dada por las propiedades del terreno y por las variaciones de la temperatura a
lo largo del año. La estabilidad se logra poniendo especial atención a la
cimentación del edificio. El requerimiento es del orden de cien micrómetros por diez
metros por año, lo cual requiere un estudio cuidadoso y a fondo del sitio escogido.
•
Estabilidad a mediano plazo (diaria)
En general cambios de temperatura los cuales se controlan mediante sistemas lentos que
monitorean y controlan al anillo:
cámaras de vacío, enfriamiento por agua, aire
acondicionado. Las fluctuaciones de temperatura deben de ser de una fracción de grado en
el anillo y del orden de un grado en el área de la fuente de luz
•
Estabilidad a corto plazo (instantánea)
Producida por vibraciones aleatorias del terreno causadas por actividad humana en las
inmediaciones de la fuente de luz o por agentes externos que generen ondas planas que se
propaguen por el terreno.
Esta estabilidad se logra a través del diseño del sistema de suspensión (Griders) y un
sistema de monitoreo y control de retroalimentación rápido que corrija las órbitas (Fast
Orbit FeedBack)
Las tolerancias son del orden o menor que un micrón.
Un estudio detallado de la mecánica del suelo deberá ser realizado en los sitios que se
consideren candidatos para acoger al proyecto. Para el estudio se requiere de: sensores:
sismógrafos, geóponos, acelerómetros, vibrometros; sistemas de adquisición de datos: ver
por ejemplo http://www.reftek.com/) así como sistemas de procesamiento de datos.
Actualmente tenemos contacto con expertos en esta área.
26
Otro aspecto importante es la estabilidad de temperatura al interior del edificio que alberga
el acelerador. Típicamente se espera que los cambios no sean mayores a 0.5 grados
centígrado. La instalación deberá estar equipada con lo necesario para asegurar control de
humedad así como cambios de temperatura del orden de medio grado.
Las necesidades de potencia del complejo están el rango de los 12 MegaWatts que
contemplan del orden de 5 MegaWatts para la alimentación del acelerador,
2 MegaWatts para talleres y oficinas y 5 MegaWatts para enfriamiento y alto vacío.
El complejo de edificios contempla un área de oficinas de 400 m 2 en una primera fase más
1,100 m 2 en una segunda fase. También consideramos un área de talleres de 800 m 2 y
600 m 2 de almacenamiento así como una planta de enfriamiento.
27
El laboratorio deberá contar con tanques de nitrógeno líquido para los laboratorios y las
líneas de experimentación, así como aire comprimido y agua desmineralizada.
7. Diseño del Acelerador
En este capítulo presentamos un esbozo de lo que sería el acelerador. El diseño final deberá
estudiarse con detalle después de consultas con expertos y una amplia participación de los
potenciales usuarios.
7.1 Anillo de almacenamiento
En la figura mostramos las componentes del anillo de almacenamiento. El anillo contiene a
los electrones con una energía de 3.0 GeV en una cámara de vacío después de que éstos
han sido inyectados.
El anillo de almacenamiento consiste de una red de magnetos dipolares que mantienen al
haz en su trayectoria circular. Es en estos dipolos donde el haz de electrones es desviado de
su trayectoria emitiendo radiación de sincrotrón.
El haz que tiene una estructura intermitente debe conservar sus propiedades para lo que es
necesario incorporar dispositivos ópticos que enfocan al haz en la dirección horizontal y
vertical alternadamente. Estos dispositivos ópticos son cuadrupolos y sextupolos.
La recuperación de la energía perdida en cada vuelta de los electrones se lleva a cabo con
cavidades de radiofrecuencia.
28
Un acelerador moderno deberá incluir por lo menos un dispositivo de inserción que permite
aumentar la brillantez del haz de manera considerable.
Finalmente, están las líneas que llevan la luz de sincrotrón hasta los experimentos.
7.1.1 Red de magnetos
Los magnetos dipolares son parte esencial del anillo de almacenamiento y es una parte del
acelerador donde seguramente podrían trabajar muy intensamente físicos e ingenieros
mexicanos. El diseño de la construcción de prototipos puede ser hecho en las instituciones
participantes. La producción masiva una vez terminado el diseño puede ser transferido a
alguna industria mexicana aunque esta parte deberá estudiarse a mayor detalle en caso de
que la propuesta tenga éxito.
Abajo una fotografía de la estructura típica de estos elementos tomada del acelerador que
actualmente está en construcción en Barcelona, España.
7.1.2
Cámara de vacío
La cámara de vacío del anillo de almacenamiento es otro de los aspectos del proyecto
donde la contribución mexicana puede ser muy importante. Existe experiencia en algunas
de las instituciones participantes en este renglón.
Las cámaras de vacío tienen un “perfil de cerradura” que consta del canal del haz de
electrones, la antecámara y la ranura. El canal del haz de electrones tiene el mismo perfil en
todas las cámaras de sección recta, mientras que el perfil en la sección de las cámaras del
dipolo presenta una inclinación que sigue el gradiente de los imanes dipolares. La
antecámara está construida de forma que la radiación sincrotrón emitida pueda salir del
canal del haz de electrones y quede absorbida por absorbedores situados en secciones con
mayor capacidad de bombeo. Las dos partes están conectadas por una ranura longitudinal
que permite que la radiación sincrotrón pueda salir del canal del haz de electrones, pero que
aísla electromagnéticamente la antecámara del canal del haz de electrones. Los
absorbedores están acoplados a las cámaras de vacío mediante puertos de conexión. En la
29
figura 1 se muestra una descripción general de la cámara junto con los componentes
principales de una sección transversal.
En total hay 104 cámaras de vacío de 12 tipos distintos para el anillo de almacenamiento
ALBA. Los tipos pueden variar en las cámaras de vacío post-dipolo, ya que pueden tener
un conducto para la radiación provinente del Dispositivo de Inserción (ID), un conducto
para la radiación provinente de un imán dipolar (BM) o ningún conducto, según su
ubicación en el anillo de almacenamiento.
En la tabla que se muestra a continuación se especifica el número de cada una de ellas.
30
La cámara de vacío en el interior de los imanes dipolares es una cámara curvada que
sigue el radio de la curvatura del haz. El resto de cámaras son de sección recta, y éstas se
insertan en sectores cuadrupolares/sextupolares o en sectores rectos previstos para los
dispositivos de inserción.
Por lo general, las cámaras de vacío están fabricadas con láminas embutidas de 3 mm de
espesor en las que se realiza el perfil necesario mediante corte por láser. Para cerrar el perfil
se realiza una soldadura continua por haz de electrones desde el lado de vacío para unir la
tapa lateral con el resto de cámara de vacío. Los puertos de conexión del grupo de bombeo,
las bridas y los bloques de monitorización de posición del haz (BPM) se conectan al cuerpo
de la cámara de vacío mediante soldadura TIG en atmósfera de
Tungsteno como gas inerte.
La cámara de vacío del dipolo lleva integrada en su interior un absorbedor de cobre
distribuido. El absorbedor de cobre distribuido podría evitarse si se utiliza una ranura
refrigerada. Con este sistema, la cámara de vacío tendría una ranura (realizada mediante
embutición) como las otras cámaras por la que pasaría agua de refrigeración entre la ranura
y la chapa de la cámara. Este diseño es similar a las cámaras de dipolo del Sincrotrón
francés “Soleil” (esta alternativa no se muestra en los planos).
En la ubicación de los imanes sextupolares (Área del corrector), el espesor de la cámara
31
de vacío para el haz de electrones y la zona de la ranura es de 2 mm .
También existe la posibilidad de que el espesor sea similar al resto de las cámaras de vacío
(es decir, 3 mm).
El diseño de las cámaras de vacío se ha desarrollado para que éstas quepan entre los
límites (espacios libres) impuestos por la posición de los imanes y el espacio necesario para
las líneas de luz. Además, también se deben respetar los límites de la parte interior de la
cámara, de la misma forma los espacios libres entre el haz de electrones y el área de
radiación emitida también está limitado. La ubicación de la cámara de vacío en el hueco de
los imanes lleva a la definición del “área libre” que se indica en el plano (SR-AVC.SCAX0001-01). El área libre se ha definido a partir de una distancia de separación de las cámaras
con respecto al núcleo magnético de los imanes de 2mm (excepto en la cámara del Dipolo
donde será 1mm), mientras que esta distancia será de 5mm entre las bobinas de los imanes
y la propia cámara de vacío. Esto se ve reflejado en las dimensiones, las tolerancias y las
especificaciones de las cámaras de vacío.
La longitud de las cámaras de vacío varía en función de su tipo; la longitud máxima es de
unos 3.5 m y la longitud mínima de unos 0.47 m. Las cámaras tienen conexiones para
acoplar las bombas de vacío, así como para acoplar la instrumentación necesaria o para
conectar las válvulas correspondientes. Los bloques del monitorización de posición del haz
(BPM) están soldados directamente en la cámara de vacío. Estos componentes se indican en
el plano correspondiente (Véase plano SR-PVC.BPMX-0001-01).
Para evitar interferencias y que el impacto sobre el haz circulante no sea elevado, las
superficies interiores de las cámaras deben tener un perfil suave sin cambios bruscos en la
sección transversal; el diseño de las cámaras de vacío evita estos cambios bruscos.
Las cámaras están conectadas entre sí con bridas planas de sellado (excepto la conexión a
las válvulas que se hará con bridas Conflat® estándar). Otras conexiones, como las que
van a las bombas y a la instrumentación, se realizará con bridas Conflat® estándar. Para
los puertos de conexión de los absorbedores se utilizarán bridas rotativas.
Las cámaras sometidas a condiciones de UHV (Ultra Alto Vacío) quedarán deformadas
por la acción sobre la superficie exterior de la presión atmosférica, por lo tanto, para
reducir la deformación correspondiente, la cámara estará reforzada por costillas (Véase
plano detallado SR-P-VC.RIBX-0001-01).
7.1.3 Cavidades superconductoras de radiofrecuencia
El anillo de almacenamiento debe llevar un módulo de cavidades de radiofrecuencia que
tiene como función el proporcionar la energía que los electrones pierden en cada vuelta
al emitir la radiación.
Las cavidades operan a la temperatura del Helio Líquido a una frecuencia de resonancia de
499.654 MHz.
Esta parte del acelerador sería construida por la compañía ACCEL que tiene mucha
experiencia en proyectos de este tipo. Enseguida mostramos el reporte de la compañía
32
con las especificaciones técnicas de este módulo. En el capítulo 8 mostramos el precio
estimado de esta componente tal y como fue proporcionado por ACCEL y de acuerdo con
las especificaciones técnicas que se muestran aquí.
La compañía proporcionará el entrenamiento al personal local que se hará cargo de operar
el sistema. El entrenamiento consiste de dos fases: una de pruebas en la planta y otra de
instalación en el lugar definitivo.
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41
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44
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50
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53
54
7. 2 Sistema de inyección
Otra componente del acelerador es el sistema de inyección que consiste a su vez de una
fuente de electrones, un acelerador lineal y diversos dispositivos que permiten transportar a
los electrones al anillo de almacenamiento.
7.2.1
Acelerador lineal
En nuestra propuesta hemos considerado un acelerador lineal como el que se muestra en la
figura abajo. Este dispositivo llevará a los electrones a una energía de 100 MeV.
Pensamos que esta parte del acelerador deberá ser licitada pues el diseño y construcción es
en la actualidad realizada por compañías con gran tradición y experiencia. En particular y
55
para propósitos de propuesta incluimos aquí la estimación de costos del acelerado lineal de
la compañía ACCEL.
Como se puede apreciar, en el reporte de la compañía el sistema de inyección completo se
entregaría funcionando y con todos los accesorios necesarios. Los tiempos de entrega son
del orden de 2 años pero la misma está sujeta a que las instalaciones adecuadas estén listas.
La compañía presenta requerimientos de construcción, estabilidad y condiciones de
temperatura y humedad adecuadas para el correcto funcionamiento del sistema.
El sistema que se propone es similar a las fuentes de luz de sincrotrón de tercera generación
que actualmente están en construcción como el Swiss Light Source (SLS) en PSI, Suiza y
el Australian Synchrotron Project.
El acelerador está formado por :
-
Pre-empaquetador sub-armónico a 500 MHz.
Empaquetador primario a 3 GHz
Empaquetador final a 3 GHz
Dos secciones de aceleración a 3 GHz
Fuente de electrones
Sistema de vacío
Imanes deflectores y de enfoque
Diagnóstico de posición, corriente y forma de haz
Sistema de control del sistema
Enfriamiento y sistema de control de temperatura
El sistema opera en dos modos: pulsos cortos 1 nano-segundo y pulsos largos de 150 nano
segundos.
Los electrones son generados por un cátodo termo-iónica con un voltaje de aceleración de
90 kV de corriente directa. La fuente usa una malla para modular los pulsos de electrones
cuando el sistema es disparado.
El sistema de radiofrecuencia está dado por dos klystrons. Uno de ellos proporciona la
potencia a la etapa de empaquetamiento y la primera sección de aceleración y el segundo
provee a la segunda sección de aceleración.
El sistema contempla elementos ópticos de campo magnético para conservar el haz en un
área dada. Con el uso de solenoides y cuadrupolos se asegura que el haz se mantenga en un
radio de o menor a 0.5 cm del eje central. Los solenoides se usan en la sección con
energías menores a 10 MeV mientras que los cuadrupolos son mejores para energías
arriba de 10 MeV.
Se incluyen también varios elementos de diagnóstico de haz y el sistema de control.
A continuación se muestran las especificaciones técnicas proporcionadas por la compañía
ACCEL.
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57
58
59
60
61
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63
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70
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74
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78
79
7.2.1
Sistema de cavidades del “Booster”
Esta estructura de cavidades de radio frecuencia consiste de cinco celdas (no
superconductoras) que proporcionaran la energía necesaria a los electrones para llevarlos
de 100 MeV que tienen a la salida del acelerador lineal hasta una energía de 3 GeV del
anillo de almacenamiento.
Las cavidades están formadas por 6 discos y 5 cilindros en una estructura de 1650 mm.
y el centro nominal del haz a 1400 mm sobre el nivel del piso.
El arreglo general de los elementos se muestra en la figura abajo.
Linac
(100 MeV)
Booster
(3 GeV)
Anillo almacenador
líneas de haz
En esta sección nos referimos “booster” como un el elemento de cavidades que eleva la
energía del haz. Este es el elemento central del anillo “booster” que en términos más
generales podría consistir de un anillo como el que se muestra en la figura. La mayor parte
del anillo consiste de magnetos que conservan al haz en su orbita y con la calidad deseable.
Enseguida presentamos el reporte de la compañía con las especificaciones técnicas del
sistema de cavidades.
80
81
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91
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93
94
95
96
97
7.3
Líneas experimentales
Proponemos que en su primera etapa el laboratorio proporcione cinco líneas experimentales.
A reserva de hacer un estudio más detallado de las necesidades de la comunidad de
usuarios.
El laboratorio estará abierto a la comunidad interesada en usar las líneas de radiación y
las estaciones de trabajo para investigaciones en física, química, materiales, biología y otros
campos.
El trabajo en la apertura de más líneas se daría según sea la demanda de la comunidad
científica e industrial del país. El desarrollo dependerá fuertemente de las sugerencias y
propuestas de proyectos específicos que se espera sean enviados para su consideración por
parte de los usuarios mexicanos y de otros países.
La programación de construcción de más líneas dependerá del financiamiento, la
disponibilidad de personal técnico y de la demanda que exista.
7.3.1 Línea de SAXS
Dispersión de rayos X de ángulos pequeños (SAXS por sus siglas en inglés: Small Angle
X-Ray Scattering) con el que se podrían estudiar materiales heterogéneos así como la
caracterización de estructuras fractales, materiales micro porosos, separación de micro fases,
nano cristales de vidrio semiconductor, geles y proteínas en solución.
Actualmente existen grupos de investigación en SAXS en varias instituciones del país.
Estos grupos cuentan con tubos de rayos X para este propósito. Las ventajas de la luz de
sincrotrón son muchas. La experiencia que ya existe en la técnica garantiza una comunidad
de usuarios de esta línea así como el personal entrenado que pueda operar equipos y
accesorios.
7.3.2 Línea de XAFS
Absorción de rayos X de estructura fina (XAFS Por sus siglas en inglés X Ray Absorption
Fine Structure) con aplicaciones en el estudio de la estructura local atómica de materiales
desordenados (vidrio, multi capas, compuestos catalizadores etc.) así como de las
propiedades electrónicas y magnéticas de sólidos.
7.3.3 Línea de XRD
Difracción de rayos X (XRD por sus siglas en inglés X-Ray Diffraction) que tiene
aplicaciones en la goniometría de ejes múltiples: rocking curves, ondas estacionarias,
difracción inversa , topografía, difracción múltiple así como difracción de pulverizados por
la técnica de Deby Sherer, textura, caracterización estructural de capas epitaxiales y nano
estructuras.
98
7.3.4
Línea de SXS
Espectroscopia de rayos X suaves (SXS por sus siglas en inglés Soft X Ray
Spectroscopy)con la que se podrían estudiar metales de transición y sistemas de tierras
raras así como hacer análisis de películas delgadas, multi-capas, aleaciones y compuestos.
7.3.5
Línea de PCr
Línea de Análisis Cristalográfico de Proteínas (PCr por sus siglas en inglés Protein
Crystallography) cuya aplicación es la determinación tridimensional de la estructura de
macro moléculas biológicas así como la difracción monocromática de proteínas.
99
8. Estimado de Costos
En varios de los rubros documentamos las cantidades con estimados de la compañía
ACCEL con quien hemos hecho contacto. En algunos aspectos del proyecto hemos hecho
una investigación de los resultados de las licitaciones de proyectos similares que
actualmente están en desarrollo.
8.1 Red de magnetos del anillo de almacenamiento
Como mencionamos la red de magnetos podría ser diseñada y construida en México. El
costo de la red de magnetos del anillo de almacenamiento fue licitado por el proyecto
australiano. Abajo mostramos el documento que da una buena idea de los montos. La
licitación se libero con un costo de $ 5,842,066 dólares australianos que al tipo de cambio
de mayo de 2007, equivale a $ 5,000,000 de dólares estadounidenses. En esto debemos
considerar que la infraestructura necesaria para su construcción no existe en el país y
deberá ser adquirida. La construcción de talleres y compra de maquinaria así como la
contratación de personal calificado debe sumarse al costo que se maneja en el proyecto
australiano.
100
Los magnetos dipolares deben ser alimentados por fuentes de alto voltaje. En el diseño que
presentamos un estimado de su costo puede ser hecho de nuevo con referencia al proyecto
Australiano donde se licito la compra por $ 355,209 dólares australianos que al tipo de
cambio equivale a cerca de $ 300,000 dólares estadounidenses. El documento de la
licitación se muestra aquí.
101
8.2 Cámara de vacío del anillo de almacenamiento
Para tener un estimado de los costos, consideramos aquí el contrato del equipo de vacío
para el consorcio de administración de la construcción del Sincrotrón en Barcelona. Este
está dividido en 5 lotes con la siguiente especificación:
-
Lote 1 : Bombas de descargas de iones (Sputtering Ions Pumps, SIP)
Lote 2 : Fuentes de poder para las bombas SIP
Lote 3 : Cables y conectores para las bombas SIP
102
-
Lote 4 : Bombas de extracción no evaporable (Non-Evaporable Getter PumpsNEG) , cables, conectores y fuentes de poder.
Lote 5 : Bombas de Sublimación de Titanio (Titanium Sublimation Pumps,
TSP), cables y fuentes de poder para las bombas TSP.
El presupuesto asignado es de tres millones doscientos setenta y tres mil euros
(€ 3,273,000 Euros) para su primera fase contractual y correspondiente a la siguiente
asignación por lotes:
• Lote número 1: € 2,200,000.00
• Lote número 2: € 600,000.00
• Lote número 3: € 200,000.00
• Lote número 4: € 250,000.00
• Lote número 5: € 23,000.00
Esto deberá incluir los gastos de transporte e instalación.
8.3 Módulos de aceleración superconductores del anillo de almacenamiento
La propuesta que presentamos incluye un módulo de cavidades superconductoras que la
compañía ACCEL estima tendría un costo de $ 4,200,000 euros.
Enseguida mostramos el estimado de costo. El reporte de la compañía con las
especificaciones técnicas de este módulo ya fueron mostradas en el capítulo anterior
103
104
8.4
Acelerador lineal del sistema de inyección - LINAC -
Abajo presentamos el documento de la compañía con un estimado de $ 3,600,000 Eur.
La estimación se refiere a las especificaciones técnicas que se dan en el capitulo 7 de este
documento.
105
106
107
8.5
Sistema de cavidades del “Booster”
De acuerdo con el estimado de la compañía ACCEL con quien discutimos un sistema de
inyección completo su costo sería de $ 1,100,000 Euros.
108
109
110
8.6 Costo de las líneas experimentales
Un estudio más detallado del costo de las líneas experimentales deberá ser realizado en una
etapa mas avanzada del proyecto. Por ahora damos una idea general del costo de la línea de
Análisis Cristalográfico de Proteínas con la intención de hacer una estimación práctica.
Línea de Análisis Cristalográfico de Proteínas
El haz con una energía de entre 2 y 25 KeV se obtendrá de un dipolo magnético.
Rendijas primarias
Rendijas secundarias
Beamshutter monocromático
Motor drivers
Estaciones de trabajo graficas
Cables de señal y voltaje
Software
Bombas de vacío turbo y de iones
Equipo de laboratorio
Detector de Pixels
Sistema óptico
Cristal difractómetro
Sistemas de control y Adquisición de datos
Sistema de robot
Anaqueles
Quadrant XBPM (X ray Beam Position Monitor)
4 blade XBPM
Continously Variable Digital Delay Circuit (CVDD)
enfriado con agua
3 Pixel XBPM
3 HLS sensors (hydrostatic level sensor)
Flat panel detector
Laboratorio ($ 90,000 dls/año)
Unidad de filtros (carbón y fibras de metal)
Bloqueo de bremsstrahlung
Miscelánea de equipo
Costo Total
111
74,000
18,000
15,000
35,000
22,000
18,000
40,000
80,000
22,000
850,000
420,000
490,000
252,000
130,000
182,000
26,000
26,000
15,000
17,500
4,500
520,000
260,000
44,000
15,000
130,000
3,670,000
USD
USD
8.7 Costos de operación
Los costos de operación comprenden costos fijos de operación y mantenimiento de la
máquina y los equipos asociados por un lado y el funcionamiento de las líneas
experimentales por otro.
El costo estimado de operación del laboratorio en su totalidad es de aproximadamente 5
millones de dólares al año.
8.8
Resumen de costos
En los costos del proyecto estamos dejando fuera la parte correspondiente al terreno y
edificios para oficinas. Asumimos que la decisión de la sede final del proyecto dependerá
de las facilidades que esta ofrezca en términos de apoyo, en particular con respecto al
terreno e infraestructura.
Resumiendo la información de las secciones anteriores los costos quedan como se muestra
en la tabla:
Acelerador Lineal
“booster”
SRF modules
Magnetos del anillo almacenamiento
Infraestructura para fabricación de magnetos
Alimentación de magnetos
Cámara de vacío
Edificio del acelerador
5 Líneas de luz
Validación y entrega
Entrenamiento y formación
Contingencias
TOTAL
3,600,000 eur.
1,100,000 eur.
4,200,000 eur
3,273,000 eur
16,500,000 eur
4,850,000 usd
1,500,000
5,650,000
5,000,000
5,000,000
300,000
4,400,000
20,000,000
22,000,000
10,000,000
4,000,000
5,000,000
87,700,000 usd
Con el tipo de cambio actual esto corresponde a 950 millones de pesos. Consideramos que
el proyecto es realizable en un período de 5 a 6 años con una distribución del
financiamiento a ser detallado en una etapa mas avanzada de la propuesta.
112
Apéndices
A. Actividades realizadas para la preparación de la propuesta
Boletín del Taller de Desarrollo de Aceleradores y Fuentes de Luz Sincrotrón que se llevó
a cabo en el CINVESTAV - México en enero de 2007:
2
113
114
B. Formación de Recursos Humanos
En el texto sometido en la primera fase de la convocatoria mencionamos que:
1. Algunas de las características deseables en un nuevo proyecto son las siguientes
Involucrar a un grupo amplio de científicos e ingenieros. Desarrollar áreas de conocimiento
inexploradas en nuestro medio y con gran potencial a nivel internacional. Requerir de la
formación de recursos humanos utilizando el potencial de los actuales centros de enseñanza
nacionales.
2. Desde el punto de vista del desarrollo de este tipo de física lo más deseable sería
determinar en un período de uno a dos años las características en energía, tamaño, número
de puertos y tipo de detectores necesarios. Identificar en esta etapa los recursos humanos
con los que se cuenta y que estén en condiciones de participar activamente en el proyecto.
Definir los recursos humanos a formar para desarrollar el acelerador, los detectores e
intensificadores tipo ondulador, ampliar la base de usuarios de tal instalación.
3. Al plazo planteado para los megaproyectos es factible la meta de tener un acelerador
construido y un departamento de investigadores e ingenieros entrenados para operarlo. La
construcción y desarrollo del mismo se harán principalmente a partir de las instituciones
que se afilien al proyecto. En otras palabras esta etapa del proyecto involucra la formación
de una red de investigación científico tecnológica.
Una propuesta de las dimensiones planteadas en la convocatoria de los megaproyectos y
ciertamente en la propuesta que presentamos implica la formación de una especialidad que
en la actualidad es inexistente en el país. En este sentido, una labor indispensable y
consustancial a esta propuesta es la de formar durante los primeros tres a cuatro años a los
científicos y técnicos responsables de la operación y el desarrollo del acelerador.
Consideramos que se requerían entre veinte y treinta científicos e ingenieros deberán
formarse en el nivel de maestría o doctorado.
Por otra parte y de manera simultánea al desarrollo y construcción del acelerador se
requerirá consolidar y ampliar la base de usuarios. Para esto se plantean aquí las siguientes
acciones:
1. Realizar escuelas, talleres y simposios dedicados a fomentar y dar a conocer entre la
comunidad científica, tecnológica e industrial del país los usos y el potencial del
acelerador propuesto.
2. Fomentar la cultura de la ciencia y la tecnología de aceleradores entre las nuevas
generaciones de científicos e ingenieros del país. Esto se hará a través de
conferencias dirigidas a estudiantes de licenciatura y posgrado.
3. Se buscará tener al menos una línea de luz sincrotrón en uno de los laboratorios
que ya poseen esta luz. Esta línea se utilizará para entrenar al personal de apoyo de
la fuente mexicana y para realizar, desde ya, estudios científicos y tecnológicos.
115
Es importante notar que en la formación de recursos humanos de alto nivel se requiere de
una base plural. En consecuencia se buscará formar a los científicos y técnicos en primer
lugar en las instituciones del país pero con estancias en los laboratorios que ya están
funcionando. La asistencia a escuelas y talleres es un elemento esencial para el desarrollo
del proyecto.
La cooperación internacional es otro elemento indispensable. En este sentido ya se tienen
establecidos contactos con varios laboratorios: DESY, CERN, Paul Scherer Institute,
Advanced Photon Source. SLAC, MIT, Brookhaven, etc.
En términos generales se contempla que una inversión de un 5 % del costo total del
acelerador deberá ser canalizada a la formación de recursos humanos.
116
C. Resumidos curriculares de los editores
Armando Antillón Díaz
Lugar de Nacimiento:
Fecha de Nacimiento:
Nombramiento:
Institución
Dirección
Teléfono:
e-mail:
SNI:
San Isidro, Chihuahua
7 de septiembre de 1955
Investigador Titular A
Universidad Nacional Autónoma de México
Instituto de Ciencias Físicas
Av. Universidad s/n, Campus de la UAEM, Col. Chamilpa
Cuernavaca, Mor.
777-3291727, 55-56227727
armando@fis.unam.mx
Nivel II
Formación Académica: Doctor en Ciencias (1983), Maestro en Ciencias (1980), Físico
(1978). Facultad de Ciencias de la UNAM.
Puestos Desempeñados: Visiting Assistant Physicist, Brookhaven National Laboratory,
Investigador de Tiempo Completo F. Instituto de Física,
Universidad de Guanajuato.
Investigador Asociado C de Tiempo Completo. Instituto de
Física, UNAM
Investigador Titular A de Tiempo Completo, Instituto de
Ciencias Físicas, UNAM.
Artículos de investigación: 28
Reportes de Investigación: 12
Memorias con Arbitraje en Congresos: 4
Capítulos en Libros: 1
Trabajos en Congresos: 30
Asistencia a Congresos: 24
Seminarios: 21
Experiencia Docente: 45 cursos
Proyectos de Docencia:
Participación en los proyectos de Posgrado en Física en el Instituto de Física de
La Universidad de Guanajuato, y en los de Licenciatura y Posgrado en Física de
la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos.
Puestos Académico-Administrativos : Coordinador de Posgrado, Instituto de Física,
Universidad de Guanajuato.
Secretario Académico, Facultad de Ciencias,
Universidad Autónoma del Estado de Morelos.
Tesis de doctorado dirigidas: 1
Tesis de Licenciatura dirigidas: 2
117
Sociedades Científicas: American Physical Society, American Association for the
Advancement of Science.
Organización de Eventos Académicos: 3
Cursos Invitados Impartidos en Escuelas: 3
Distinciones: Medalla Gabino Barreda, Universidad Nacional Autónoma de México,
Nivel C en el Programa de Estímulos, DGAPA.
Notas de Divulgación: 5
Comisiones: Arbitro de la Revista Mexicana de Física
Miembro de la Comisión de Cómputo del Instituto de Física de la UNAM.
Sinodal de Exámenes de Licenciatura, Maestría y Doctorado.
Miembro de la Comisión Académica de Posgrado de la Facultad de
Ciencias de la UAEM.
Miembro de la Comisión de Presupuesto del Laboratorio de Cuernavaca
del Ifunam.
Evaluador de Proyectos de CONACYT.
Miembro de Comités Tutoriales, Facultad de Ciencias, UAEM.
Responsable del Proyecto de Telecomunicaciones en el Instituto de
Ciencias Físicas. La red se ha implementado desde una única PC con para t
todo el Laboratorio de Cuernavaca hasta una comunicación con E3 que
incluye voz sobre IP, datos y video para el campus de la UNAM. El
incremento del ancho de banda es de 1000 veces.
Miembro del Jurado del Concurso Preparatoriano de Ciencias en el Estado
de Morelos.
Miembro de la Comisión Evaluadora del Programa de Fomento a la
Investigación, Dirección General de Investigación y Posgrado
Universidad Autónoma del Estado de Morelos.
Miembro del Comité de Cómputo del Centro de Ciencias Físicas, UNAM.
Miembro del Consejo Interno del Centro de Ciencias Físicas, UNAM.
Miembro fundador del Instituto de Física de la Universidad de Guanajuato.
Visitas de Trabajo: Brookhaven National Laboratory, Texas Accelerator Center,
Stanford Linear Accelerator Center, Lawrence Berkeley Laboratory,
Northeastern University, Universiteit Utrecht.
Participación en Proyectos Financiados: 6
118
Dr. Jesús Guillermo Contreras Nuño
Formación Académica
Doctorado en Ciencias: Física experimental de altas energías
Tesis: Study of deep-inelastic scattering events with a jet at high pseudo rapidities
Universidad de Dortmund, Alemania (1997)
Líneas de investigación
1. Física de altas energías:
Estructura interna del protón
Futuros aceleradores
Plasma de quarks y gluones
2. Física Aplicada a la Medicina
Variación del ritmo cardiaco
Resumen de productividad
- Publicaciones con arbitraje: más de 150
- Citas: más de 8000
- Memorias: 13
- Divulgación: 11
- Libros editados: 2
- Organización de Congresos: 4
- Conferencias en foros internacionales: 14
Formación de recursos humanos
- Tesis dirigidas:
Licenciatura: 10
Maestría: 5
Doctorado: 4
- Tesis en proceso:
Licenciatura: 0
Maestría: 1
Doctorado: 2
Distinciones
- Premio nacional Ricardo Zevada en el Área de ciencias exactas
- Nivel II del Sistema Nacional de Investigadores
- Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias
- Aceptado como Scientific Associate en el CERN a partir del 1 de abril de 2005-10-26
- Premio de la Investigación 2005 para científicos jóvenes en el Área de Ciencias Exactas
otorgado por la Academia Mexicana de Ciencias
119
Dr. Gerardo Herrera Corral
Nombramiento:
Institución
Dirección
email:
SNI:
Doctorado:
Profesor Titular D
Cinvestav
Av. IPN 2508
Col. Zacatenco
07360 México, D. F.
gherrera@fis.cinvestav.mx
Nivel III
(1987-1991)
Universität Dortmund
Germany
Número de tesis Doctorado dirigidas: 8
Número de tesis Maestría dirigidas: 7
Número de tesis Licenciatura dirigidas: 3
Total de artículos de investigación: 171
Algunas de las últimas publicaciones
ALICE: Physics Performance Report, Volume II
G. Herrera, L. M. Montaño-Zetina, A. Zepeda et al.
Publicado en J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 32 (2006) 1295-2040.
Search for a narrow baryonic resonance decaying to Kop or Ko p in deep inelastic
scattering at HERA
Con la Colaboración H1 (A. Aktas, et. Al) DESY-06-044, Apr. 2006,
Publicado en Phys. Lett. B639 (2006) 202
Search for doubly-charged higgs boson production at HERA
Con la colaboración H1 (A. Aktas, et. al.) DESY-06-038, Apr. 2006, 16 pp
Publicado en Phys. Lett. B638 (2006) 432
Longitudinal Λ ْ polarization in heavy ion colisions as a probe for QGP formation
G. Herrera, J. Magnin, L. M. Montaño
Publicado en Eur. Phys. J. C39 (2005) 95
Model independent measurement of S wave K-π+ systems using D+ → Kπ π decays from
Fermilab E791
Con la colaboración E791 (E. M. Aitala, et al.) Fermilab-PUB-05-336-E, Jul. 2005
Publicado en Phys. Rev. D73 (2006) 032004
Participaciones en congresos: 36
Edición de libros: 7
120
Artículos de divulgación científica: 40
Algunos Reconocimientos y otras Actividades Académicas
- Fulbright Research Award 1993
- Miembro del Panel de Instrumentación y Desarrollo de ICFA (International Committe for
Future Accelerators) desde 1996
- Presidente de la División de Partículas y Campos de la Sociedad Mexicana de Física,
1998-2000
- Alexander von Humboldt Research Fellowship 1998-1999
- Miembro del SNI nivel III desde julio de 2000
- Presidente de la División de Física Médica de la Sociedad Mexicana de Física 2002-04
- Premio de la Investigación Científica 2001, Academia Mexicana de Ciencias.
- Miembro de la Comisión Dictaminadora del Instituto de Física de la UNAM 2001-03
- Jefe del Departamento de Física, CINVESTAV en el período 2003-2007.
- Miembro del Consejo Editorial de la Revista Mexicana de Física (Sociedad Mexicana de
Física, A. C.) en el período 2004-2007
- Miembro de la Comisión Dictaminadora del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM,
Marzo 2006.
- Miembro del International High Energy Physics Computing Coordination Committee del
ICFA (International Committee for Future Accelerators).
- Premio de la Sociedad Mexicana de Física 2006 a la Investigación Científica, por su
contribución en el campo de la física experimental de altas energías.
121
Dr. Ricardo López Fernández
Dirección:
Progreso # 95 int. 4 col. Escandón. Delegación Miguel Hidalgo. CP
11800 México DF, México.
Teléfono (particular) +52 (55) 55 16 80 66
Teléfono (oficina) +52 (55) 50 61 38 00 ext. 6146
E-mail
lopezr@fis.cinvestav.mx
Investigador Titular “3A” Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN,
CINVESTAV, Unidad Zacatenco
Miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel I desde el 2005.
Formación Académica
Doctorado
“Doctorat” de la “Université Joseph Fourier, Grenoble I” (2001).
Maestría en Ciencias Universidad Autónoma de San LuisPotosí (1997).
Licenciatura
Ingeniero Físico Industrial. ITESM Campus Monterrey (1992).
Producción y Cargos Científicos
DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) Fellow de marzo del 2002 a abril del 2005
para la Collaboración H1.
-
38 artículos de investigación.
Miembro del equipo de mantenimiento del sistema de disparo “Trigger” del
experimento H1 para la corrida HERA II.
Miembro del grupo de análisis de Quarks Pesados de H1.
Miembro de la Colaboración DELPHI (CERN) de diciembre del 1997 a julio del 2001.
-
85 artículos de investigación.
Miembro del equipo de mantenimiento del sistema de determinación de vértices
por medio de detectores de silicio.
Miembro del grupo de búsqueda de Supersimetría en LEPII.
Tesis de maestría para la Colaboración SELEX (E781) de Fermilab durante el año 1997.
- Miembro del equipo dedicado al detector de identificación de partículas por
medio de anillos de luz Cherenkov (RICH).
122
Dr. Fernando Matías Moreno Yntriago
Datos generales
Nacimiento:
Dirección Profesional:
Tel:
Correo electrónico:
Monterrey, N.L. Diciembre 15, 1948
Instituto de Física UNAM,
Apartado Postal 20-364, 01000 México, D.F.
(55) 56 22 50 20 y (55) 56 22 51 55. Fax (55) 56 22 50 15
matias@fisica.unam.mx
Grados académicos
Doctor en Ciencias (1976), Maestro en Ciencias (1973), Físico (1971). Todos obtenidos en
la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México.
Artículos de investigación
65 trabajos de investigación, publicados en revistas con arbitraje, de alto prestigio y
circulación internacional (40) y memorias con arbitraje (25). Estos trabajos han recibido
más de 240 citas de otros autores. Además cuenta con 7 reportes internos de investigación y
7 artículos de política científica y divulgación.
Líneas de investigación
Física de partículas elementales y altas energías, sistemas de muchos cuerpos,
superconductividad y física teórica.
Formación de personal académico
Tres tesis de doctorado, una de maestría y 12 de físico. Todas en la área de Física y en la
Facultad de Ciencias de la UNAM. Ha impartido clases en la licenciatura y el posgrado en
física principalmente en la Facultad de Ciencias y en el CINVESTAV.
Distinciones
ƒ
ƒ
ƒ
Miembro del Sistema Nacional de Investigadores a partir de 1984; nivel III desde
2002.
Programa de estímulos a la productividad y rendimiento del personal académico,
UNAM, nivel D.
Catedrático UNAM, nivel II 1997-2002
Cargos y funciones
ƒ
ƒ
ƒ
Investigador, IFUNAM, enero de 1976 a septiembre 1985.
Investigador Titular C, Instituto de Física, UNAM, septiembre de 1985 a la fecha.
Científico Invitado, Departamento de Física Teórica, Fermi Nacional Accelerator
Laboratory, agosto de 1989 a agosto de 1990.
123
ƒ
Profesor de Asignatura, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de
México, octubre de 1970 a mayo de 1973 y de enero de 1976 a la fecha.
ƒ Investigador Titular B, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del I.P.N.
en año sabático, septiembre de 1983 a agosto de 1984.
ƒ Director del Instituto de Física UNAM, 1999-2003.
ƒ Estancias de posgrado y sabáticas:
Š
Centro Internacional de Física Teórica, Trieste, Italia, 1973
Š
Universidad Católica de Lovaina, Louvain-la-Neuve, Bélgica, 1974-75
Š
Centro de Investigación y Estudios Avanzados de IPN 1983-1984
Š
Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, EE.UU. 1989-1990.
Š
Centro de Investigación y Estudios Avanzados de IPN 2006-2007
Participación en consejos editoriales y evaluadores
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Arbitro de la Revista Mexicana de Física, Journal of Physics, Physical Review,
CONACyT.
Miembro del Comité de Evaluación de Proyectos en el área de Ciencias Exactas
1999-2003.
Comisión Dictaminadora Centro de Estudios Interdisciplinarios en Ciencias y
Humanidades, UNAM, 2003 a la fecha.
Comisión Dictaminadora del Instituto de Fisiología Celular, UNAM, 2005 a la
fecha.
Consejo Técnico de la Investigación Científica, consejero representante de los
investigadores del IFUNAM, octubre 1997-1999.
Miembro de la comisión de repatriaciones, CONACyT, noviembre de 1996 a 1999.
Director de la Revista Mexicana de Física, noviembre de 1986 a noviembre de 1988.
Miembro de la Comisión Dictaminadora, Facultad de Ciencias, UNAM 1987-1989.
Consejero Editorial, Revista Mexicana de Física, 1985 a noviembre de 1988.
Secretario General y Vicepresidente, Sociedad Mexicana de Física, 1985-1986.
Consejero Técnico, Facultad de Ciencias, UNAM, 1992-1994.
Sociedades científicas
Sociedad Mexicana de Física (desde 1970), American Physical Society (desde1974),
Academia Mexicana de Ciencias (desde 1984), European Physical Society
(desde 1991).
124