Tecnología española para el European XFEL, la instalación científica de rayos X más importante del mundo

• El centro European XFEL ofrece a la comunidad científica internacional una instalación líder en la investigación de estructuras y procesos a escala atómica y nanométrica. Emplea el acelerador lineal superconductor más largo y potente del mundo.
• ARQUIMEA y el CIEMAT colaboran en la fabricación de 14 nuevos posicionadores de cuadrupolos, sistemas de alta precisión que posicionan los electroimanes encargados de analizar y corregir la trayectoria del haz láser a lo largo de la instalación científica.

 

Madrid, 19 de noviembre de 2024.

ARQUIMEA, compañía tecnológica que opera en sectores de alta exigencia técnica en todo el mundo, y CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas), entregan 14 nuevos posicionadores de cuadrupolos, para la instalación científica European XFEL, el acelerador de rayos X más potente del mundo, que se encuentra en Schenefeld-Hamburgo, Alemania.

La Instalación Europea de Láser de Electrones Libres de Rayos X (European XFEL) es un centro de investigación de láseres de rayos X que se puso en marcha en 2017. Este proyecto internacional cuenta con la participación de 12 países: Dinamarca, Francia, Alemania, Hungría, Polonia, Rusia, Eslovaquia, Suecia y Suiza, Italia, España y el Reino Unido. La instalación está ubicada en los estados alemanes de Hamburgo y Schleswig-Holstein.

El European XFEL es una instalación a la vanguardia de la investigación científica global. Representa un avance significativo en la capacidad de los científicos para investigar fenómenos a nivel atómico y molecular con una precisión sin precedentes, para explorar nuevos territorios en la ciencia de materiales, la biología, la química y la física, entre otras disciplinas.

Javier Munilla, científico en CIEMAT explica, “European XFEL puede actuar como un súper microscopio con cámara de vídeo en ultra-slow motion, proporcionando información avanzada sobre la reacción de una célula con un virus, cómo una proteína se desarrolla, incluso acerca de las moléculas individuales con sus reacciones químicas entre sí”.

La instalación está formada por una red de túneles de más de 3,4 km de longitud dividida en 3 partes principales: un cañón de electrones, un acelerador y un conjunto de onduladores, para crear un láser de electrones libres de rayos X de características únicas. El cañón genera los electrones; el acelerador impulsa esos electrones a altas velocidades, los cuales se distribuyen en luz de tipo láser dentro de sus onduladores para producir los rayos X. Estos onduladores están formados por conjuntos de imanes de 5 metros de largo con intersecciones entre ellos.

En estas intersecciones es donde se instalan los posicionadores de alta precisión que soportan los cuadrupolos magnéticos encargados de corregir la trayectoria del haz láser a lo largo de la instalación.

Los posicionadores de cuadrupolos (QM por sus siglas en inglés, Quadrupole Mover) deben proporcionar una longitud de recorrido de 3 mm en dos ejes diferentes con repetitividad submicrométrica y soportar los 75 kg de los electroimanes. Es decir, que los posicionadores o mesas deben ser capaces de moverse a una misma posición varias veces con una desviación mínima inferior a un micrómetro (70 veces menor que el grosor de un cabello humano). Estas mesas permiten ajustar la posición de los imanes con gran repetitividad, asegurando que el haz de electrones mantenga su curso sin desviaciones significativas.

“Este complejo proyecto pone de manifiesto el éxito de la colaboración entre la comunidad científica y el sector industrial, así como el potente tejido industrial español que cuenta con altas capacidades para llevar a cabo el suministro de equipamiento complejo para sectores de alta tecnología tan exigentes.”

Emilio Ramiro, director de desarrollo de negocio del área de industria de la ciencia en ARQUIMEA, destaca: «En ARQUIMEA, colaboramos con los científicos e investigadores en el desarrollo y la industrialización de sus tecnologías y proyectos, utilizando nuestras instalaciones, experiencia y capacidades de ingeniería, fabricación y ensayo, consiguiendo hacer realidad complejos sistemas de alto valor para nuestra sociedad.»

Siete años después de la inauguración del European XFEL, ARQUIMEA y CIEMAT vuelven a colaborar con este centro de investigación, para la fabricación de 14 nuevos posicionadores de cuadrupolos. Estos equipos cuentan con la misma configuración, diseño y operación que ha funcionado exitosamente desde el inicio y formarán parte de los nuevos onduladores que el centro tiene previsto instalar para aumentar las capacidades de experimentación.

Colaboración exitosa entre ciencia e industria

En 2015, ARQUIMEA y CIEMAT fabricaron y entregaron al centro European XFEL 49 posicionadores de cuadrupolos que se instalaron en el centro y funcionan correctamente desde 2017. En total el acelerador cuenta con 101 equipos a los que ahora se suman estos 14 nuevos.

ARQUIMEA ha sido la encargada de llevar a cabo la fabricación, integración, ensayos y validaciones de los sistemas, además del marcado CE, en estrecha colaboración con CIEMAT como institución responsable del diseño. La compañía cuenta con altas capacidades para la construcción y montaje de sistemas complejos y colabora desde hace décadas con centros de investigación e instalaciones científicas de todo el mundo.

Los equipos entregados han sido diseñados y fabricados siguiendo los estándares de calidad y seguridad más exigentes que el European XFEL requiere. Pocas compañías pueden llevar a cabo una fabricación en serie de estas características debido a la alta precisión que estos equipos deben tener.

La instalación de rayos X más potente del mundo

El Láser Europeo de Electrones Libres de Rayos X (European XFEL) es una instalación científica que se puso en marcha en 2017 en Schenefeld-Hamburgo, Alemania en 2017, capaz de generar destellos de rayos X de gran intensidad. Gracias a sus extraordinarias características, únicas en el mundo, la instalación abre oportunidades de investigación completamente nuevas para científicos y usuarios industriales, desde cartografiar detalles atómicos de virus, filmar reacciones químicas hasta estudiar procesos en el interior de los planetas.

La instalación está formada por una red de túneles de más de 3,4 km de longitud. El acelerador está formado por 128 tubos de dos metros alineados. El conjunto de onduladores está formado por 18 onduladores de cinco metros alineados con 560 imanes.

Los destellos de Rayos X que se generan en la instalación tienen características muy especiales por tres razones: sus pulsos son extremadamente rápidos (27.000 veces por segundo); tienen una longitud de onda monocromática muy pura y poseen gran potencia (su brillo es 1.000 millones de veces mayor que el de las mejores fuentes de radiación de Rayos X convencionales). Lo electrones van guiados y empaquetados en un tamaño de 50 micras, y la luz producida puede focalizarse en un punto tan pequeño como 11nm (11 millonésimas de un milímetro).