Un método más eficaz para desarrollar aceleradores de partículas
Los aceleradores de partículas son vitales para que Europa esté a la vanguardia de la investigación, además de ser fundamentales para las aplicaciones médicas y otras industrias. Desde la radioterapia hasta el análisis de obras de arte y el ensayo de materiales, los aceleradores son la clave de nuestra capacidad para innovar en diversos sectores. Y no tenemos suficientes: cada vez se identifican más aplicaciones(se abrirá en una nueva ventana), y el acceso es muy competitivo. El desarrollo conjunto de una cartera de tecnologías avanzadas de aceleradores de partículas es la cuestión que pretendía abordar el equipo del proyecto I.FAST(se abrirá en una nueva ventana). «Queríamos fomentar el desarrollo de tecnologías más eficaces y asequibles con un menor impacto ambiental», explica el coordinador de I.FAST Maurizio Vretenar, que trabaja en la Organización Europea para la Investigación Nuclear(se abrirá en una nueva ventana) (CERN), en Suiza. Los investigadores del proyecto se propusieron crear un entorno favorable al desarrollo de la próxima generación de aceleradores trabajando codo con codo con la industria para sostener la evolución a largo plazo de las tecnologías de aceleración en Europa. Como explica Vretenar: «Aunque la industria y los investigadores ya han colaborado estrechamente antes en retos como éste, I.FAST ha sido fundamental para fomentar una cultura de confianza y colaboración mutua entre el mundo académico y la industria, lo que permitirá seguir innovando en las tecnologías de aceleradores de partículas».
Maximizar la aplicación de los procesos innovadores en todas las plataformas de aceleración
La colaboración permitió agilizar el proceso de desarrollo, lo que redujo la duplicación de esfuerzos, al potenciar la innovación en la comunidad de aceleradores de partículas. «Trazamos y facilitamos el desarrollo de tecnologías rupturistas comunes a múltiples plataformas aceleradoras», señala Vretenar. Algo menos de cincuenta socios, incluidas diecisiete empresas como socios de coinnovación, trabajaron juntos para explorar nuevos conceptos de aceleradores y la creación de prototipos avanzados de tecnologías clave. Estas tecnologías incluyen nuevos diseños y conceptos de aceleradores. «También hemos habilitado tecnologías superconductoras avanzadas para imanes y cavidades, y técnicas novedosas para aumentar el brillo de las fuentes de luz de sincrotrón», añade Vretenar. Se logró y comprobó la deposición de películas delgadas superconductoras sobre diferentes sustratos, con el objetivo de mejorar el rendimiento y reducir el consumo de energía de los sistemas aceleradores. En el proyecto se desarrollaron estrategias y tecnologías para mejorar la eficiencia energética y nuevas aplicaciones sociales de los aceleradores. Se exploraron nuevas tecnologías para futuros aceleradores, en particular el aprendizaje automático para mejorar su rendimiento.
Aprovechar la impresión 3D para transformar los aceleradores de producción y reparación
Uno de los avances fue el uso de la fabricación por adición, comúnmente conocida como impresión 3D. La aplicación es un proceso transformativo, capa por capa, que construye objetos 3D a partir de diseños digitales. Esto contrasta con los métodos tradicionales, sustractivos o formativos, y permite una complejidad geométrica sin precedentes, un menor desperdicio de materiales y la creación rápida de prototipos. El equipo del proyecto utilizó la fabricación por adición para producir una serie de prototipos de estructuras aceleradoras de cuadrupolos de radiofrecuencia (RFQ, por sus siglas en inglés), fabricados en cobre puro. Se trata de aceleradores especializados y compactos, de poco más de un metro de longitud, que se utilizan inmediatamente después de la fuente de partículas para compactar el haz y dar el primer golpe de energía. Los RFQ se utilizan como inyectores para grandes aceleradores y para aplicaciones en medicina y análisis de obras de arte. «Esto nos permite tanto reducir costes como adoptar geometrías más complejas, lo que se traduce en un mayor rendimiento. Esta innovación allanaría el camino a nuevas aplicaciones para la producción de isótopos médicos o nuevas tecnologías de vanguardia para el análisis de materiales y superficies», explica Vretenar. Esta noticia mundial fue objeto de varias publicaciones y se presentó en conferencias y exposiciones industriales. Los prototipos todavía se siguen optimizando y caracterizando. Otras aplicaciones de la fabricación por adición se identificaron en el campo de las fuentes de iones, estructuras pequeñas y complejas de las que dependen la calidad del haz de partículas y la reparación de componentes defectuosos del acelerador. En I.FAST se construyeron trece prototipos de alto nivel para probar nuevas tecnologías de aceleración y se elaboraron ocho informes en los que se definían hojas de ruta para impulsar tecnologías de aceleración críticas. «El éxito del proyecto se debió al refuerzo de la colaboración, en particular con la industria, dentro de un entorno de innovación abierta. Detrás de cada tecnología están las personas, y nuestro éxito se debe en gran medida a nuestro equipo multidisciplinar y a las relaciones que hemos establecido».