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La necesidad de grandes
instalaciones científicas The need for large scientific facilities
Joan
Bordas Las grandes instalaciones científicas son parte esencial de la infraestructura científica de los países desarrollados. Entre ellas se pueden distinguir las que en inglés se denominan «Large Scale Facilities» o instalaciones de servicios a gran escala. El autor se centra en las fuentes de luz de sincrotrón para argumentar el peso específico de este tipo de instalaciones para el desarrollo científico y tecnológico español.
Large scientific facilities are vital elements of the scientific infrastructure in developed countries. Among these, the so-called «large scale facilities» hold a relevant position. The author focuses on the sources of light for the synchrotron and refers to the specific position this type of facility holds in the scientific and technologic system. En
español no existe una palabra que traduzca adecuadamente el significado de facility
en el sentido en que se usa en los países anglosajones. El diccionario
Websters traduce facility por «facilidad», palabra a la que en
español atribuimos varios significados distintos: «oportunidad, ocasión
propicia para hacer algo; que facilita algo». No estoy seguro de que esta
traducción refleje el uso de la palabra anglosajona, pero semánticamente es una
buena aproximación, y muy oportuna. Esencialmente, las facilities
ofrecen un servicio que facilita el desarrollo científico de una nación al
poner a disposición de la comunidad investigadora una infraestructura cuyo uso
potencial es multidisciplinario, y que ofrece métodos experimentales que están
en el límite de lo técnicamente posible. Dado
que el coste de una instalación de este tipo excede las posibilidades de una
universidad, departamento o incluso un gran instituto de investigación, se debe
contemplar, y gestionar, como una infraestructura pública abierta a toda la
comunidad científica académica e industrial. Los proyectos propuestos por los
usuarios de dichas instalaciones deben pasar por una evaluación por expertos,
si los proyectos están en el dominio público del conocimiento, o pagar el
equivalente a los costes comerciales si la investigación se realiza con
confidencialidad (por razones industriales o de seguridad, por ejemplo). Me
concentraré, en especial, en las llamadas fuentes de luz de sincrotrón dado que
éstas se contemplan como una de las herramientas más universales para la
investigación fundamental y aplicada. Tanto es así, que en la mayoría de los
campos de las ciencias experimentales muchos proyectos de investigación
internacionalmente competitivos sólo son posibles con el acceso regular y sin
trabas a los servicios que ofrecen estas instalaciones. La
luz de sincrotrón Igual
que algunas fuentes de neutrones y los láseres de electrones libres, la
producción de la luz de sincrotrón se basa en la tecnología de aceleradores de
partículas. De hecho, la luz de sincrotrón se genera cuando electrones (o
positrones) relativistas, es decir, que viajan con velocidades próximas a la de
la luz, son almacenados en un acelerador circular. En estas
circunstancias la energía perdida por los electrones se emite en forma de luz
que tiene propiedades muy singulares: la luz emitida cubre de forma continua el
espectro electromagnético, desde el infrarrojo a los rayos X duros; la luz está
polarizada en el plano de la órbita de los electrones, y emana en pulsos de muy
corta duración. Más aún, con el reciente desarrollo de dispositivos llamados
sistemas de inserción, la brillantez de la luz de sincrotrón es más de 10 000
000 000 de veces superior a cualquier otra fuente de luz blanca. A
partir de 1963, cuando se demostró la utilidad experimental de esta luz, su uso
comenzó a extenderse, primero aprovechando los aceleradores de partículas
construidos con otros propósitos, y luego mediante instalaciones dedicadas
específicamente a este fin. En ellas, el haz de luz emitido llega a una
estación de trabajo donde científicos de distintas disciplinas realizan sus
experimentos mediante instrumentos ópticos, detectores y equipos de procesado. Cabe remarcar que
los dispositivos de inserción y las líneas experimentales son objeto de
constantes desarrollos tecnológicos que permitirán mejorar aún más la calidad
de la luz. Debido
principalmente a la enorme brillantez de la luz de sincrotrón con respecto a
las fuentes luminosas convencionales, su uso se ha extendido a prácticamente
todas las ramas de las ciencias experimentales. Hoy es imprescindible para
hacer ciencia internacionalmente competitiva y es utilizada por grupos de
ámbitos científicos muy diversos, y también por algunas industrias. Las fuentes
de luz de sincrotrón actúan como eficaz estímulo del intercambio
multidisciplinar y de la trasferencia entre investigación y desarrollo
tecnológico. En una fuente de luz de sincrotrón se dan cita la física, la
química, la biología, la medicina y diversas ingenierías en torno a campos como
los materiales magnéticos, los catalizadores, la ingeniería de superficies, los
semiconductores y superconductores, los cosméticos, los textiles, el
tratamiento de residuos, la microfabricación, la nanotecnología, las ciencias
del medio ambiente y, ámbito especialmente relevante, también los nuevos
avances de la genómica o proteómica estructural. Hoy son más de un
centenar las fuentes distribuidas por todo el mundo, desde aquellas cuyos
perímetros apenas tienen unas decenas de metros hasta los que superan un
quilómetro. Se han construido además fuentes complementarias de muy alta
energía que suministran radiación para experimentos específicos en Estados
Unidos, Japón y también en Europa. En éstas su elevado coste ha requerido la
participación de varios Estados. En conjunto, las aproximadamente diez fuentes
nacionales europeas muestran una distribución desigual, concentradas al norte
de una línea imaginaria que uniera París con Trieste, con la sola excepción de
la European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) de Grenoble, que es la
instalación internacional europea. Potencial
socioeconómico En común con todas
las grandes instalaciones científicas, las fuentes de luz de sincrotrón tienen
además de su importancia científica, un gran potencial socio-económico. De
hecho actúan como motores de innovación tecnológica. Esto se debe a que se
necesita un continuo desarrollo instrumental muy sofisticado, invariablemente
concebido y diseñado por el personal de estas instalaciones, cuya construcción
se oferta a la industria especializada. La experiencia adquirida por esta
industria es a menudo comercializada, debido a que muchas de estas tecnologías
son transferibles al ámbito comercial (sistemas ópticos, de vacío, ingeniería
de precisión, sistemas de control y comunicaciones, etc). Obviamente, los
costes de I+D son insignificantes (o al menos muy bajos) para el gran número de
empresas tecnológicas que colaboran en la construcción y futuro desarrollo de
estas instalaciones. Otra característica es su contribución a la creación de
recursos humanos. Debido a que sus objetivos están en la vanguardia de las
posibilidades técnicas, estas instalaciones producen y forman a tecnólogos y
científicos muy competentes en áreas que no son cubiertas tradicionalmente por
instituciones de investigación más convencionales. Este personal es, a menudo,
absorbido por la industria especializada. Los
científicos
españoles no han permanecido ajenos al abanico de posibilidades que las fuentes
de luz de sincrotrón proporcionan. Ya en 1996 había más de 80 grupos
interesados, con 600 investigadores de muy distintas áreas. Este número se ha
prácticamente doblado en los últimos años. Puesto que nuestro país carece de
una instalación propia, el acceso a fuentes de luz de sincrotrón se hace a
través de contactos personales, colaboraciones y convenios con entidades en
otros países. España se adhirió al ESRF desde sus
primeras etapas y posteriormente decidió establecer en ella una línea de un
Collaborating Research Group (CRG). Además, desde 2001 los investigadores
españoles disponen de otra línea CRG optimizada para la cristalografía de
macromoléculas. De todas maneras, las más recientes evaluaciones han demostrado
que debido al uso extensivo de la luz de sincrotrón, la necesidad de contar con
una fuente propia subsiste. La respuesta la ha proporcionado un grupo de
trabajo creado en 1995 entre el Gobierno español y la Generalitat de Catalunya,
a iniciativa de esta última, que ha diseñado una fuente que reúne las
características técnicas más avanzadas. Consiste en un sincrotrón y un anillo
de almacenamiento de al menos 2,5 GeV de energía con imanes convencionales,
cuya circunferencia es de 260 metros, capaz de proporcionar luz en un rango de
energías de hasta 25 keV. El estudio detallado del diseño y la ingeniería de
este proyecto se entregó a las autoridades pertinentes en 1998. Desde entonces
ha sido evaluado por expertos nacionales e internacionales, concluyendo que el
proyecto es sólido en su concepción y en su propuesta de ejecución. Es más, se
demostró que España necesita construir una fuente de luz de sincrotrón con las
características expuestas en este estudio para alcanzar una posición científica
acorde con sus aspiraciones. En marzo de 2002 el proyecto de construcción de una fuente
española de luz de sincrotrón fue aprobado por el Consejo de Ministros. Este
proyecto estará ubicado en la comarca de El Vallès, en Cataluña y sus costes serán sufragados de forma compartida,
al 50 %, entre el Ministerio de Ciencia y Tecnología y la Generalitat de
Catalunya. A partir del año 2008 esta gran instalación entrará en su
fase de explotación y satisfará un deseo largamente sostenido por muchos
científicos españoles. Finalmente, si bien
he acentuado la importancia de las fuentes de luz de sincrotrón, existen otros
tipos de facilities, con objetivos científicos y técnicos distintos pero
también muy importantes. Teniendo en cuenta que los países con los que
competiremos en el siglo que ahora empieza tienen una política muy activa en el
desarrollo de grandes instalaciones científicas, espero que la reciente
aprobación del proyecto de luz de sincrotrón sea un incentivo para propuestas
de otras grandes instalaciones científicas en el territorio español. También es
de esperar que en el curso del tiempo algunas de estas propuestas se harán
realidad. Joan Bordas es licenciado en Física por la Universidad de Barcelona
(UB) y doctorado en la misma especialidad por la Universidad de Cambridge. Ha
dirigido la instalación de luz de Sincrotrón en DESY-Hamburgo (RFA) dependiente
del European Molecular Biology Laboratory, y la fuente Británica de Luz de
Sincrotrón (SRS). Actualmente es director del Laboratorio de Luz de Sincrotrón
(LLS) de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB). Frases destacadas «Las fuentes de luz de sincrotrón actúan como eficaz estímulo de la
trasferencia entre investigación y desarrollo tecnológico al ser utilizadas por
científicos e industrias.» «El proyecto español de luz de sincrotrón es
indispensable para que futuras generaciones de científicos, tecnólogos y
también la industria, compitan con éxito con los paises europeos más
avanzados.»
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