El IFIC codirige un informe europeo sobre las aplicaciones de los aceleradores de partículas
La investigadora del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universidad de Valencia) Ángeles Faus-Golfe codirige el informe “Aplicaciones de los Aceleradores de Partículas en Europa”, una guía detallada de las aplicaciones que estas máquinas y las tecnologías necesarias para su desarrollo tienen en Europa. El informe es una de las acciones realizadas dentro del proyecto EuCARD-2, financiado por la Unión Europea para coordinar la investigación y el desarrollo de aceleradores de partículas entre los 40 socios de 15 países europeos y Rusia. El IFIC es el único instituto español participante en EuCARD-2.
Como unas de las máquinas más complejas que existen, los aceleradores de partículas juegan un importante papel en la investigación científica, avances tecnológicos y en otros ámbitos sociales mediante múltiples aplicaciones. Desde su creación hace casi un siglo, los aceleradores han cambiado en tamaño y forma, además de incrementar su complejidad y potencia. En este tiempo, los aceleradores han logrado muchos descubrimientos científicos y producido grandes cantidades de información sobre la naturaleza.
Codirigido por Ángeles Faus-Golfe, investigadora en el IFIC y el laboratorio LAL-Orsay (Francia), y Rob Edgecock (Universidad de Huddersfield, Reino Unido), el área de trabajo dedicada a las aplicaciones de los aceleradores del proyecto EuCARD-2 ha producido el informe “Aplicaciones de los Aceleradores de Partículas en Europa”, APAE por sus siglas en inglés. El informe detalla las múltiples aplicaciones de los aceleradores y la tecnología asociada, con énfasis en los requerimientos y competencias europeas.
Europa alberga el acelerador de partículas más famoso del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN o LHC. Europa sigue siendo un actor principal en la vanguardia de la ciencia de aceleradores, y está bien posicionada para hacer avanzar el campo. Así, el informe APAE considera aplicaciones en campos como la salud, industria, energía, seguridad y las fuentes de fotones y neutrones, estableciendo recomendaciones para optimizar la ciencia y la tecnología de este tipo de aceleradores en el futuro.
Los aceleradores juegan un papel principal en salud, particularmente en el diagnóstico y tratamiento del cáncer, que produce una cuarta parte de las muertes en Europa y donde siempre se requieren nuevas pruebas diagnósticas y tratamientos. La radioterapia con rayos x o partículas pesadas se utiliza tanto en imagen como para llevar el tratamiento contra el cáncer a los tejidos afectados. Los rayos x se producen por electrones acelerados en aceleradores lineales en el rango de 4-20 MeV, mientras que las partículas cargadas como los protones entre otros, se aceleran a más de 230 MeV en aceleradores circulares.
También se utilizan isótopos radiactivos (radionúcleos) en técnicas de imagen como la tomografía por emisión de positrones (PET), que pueden dirigirse a tipos específicos de cáncer. Se requieren nuevos tipos de aceleradores para explotar completamente los nuevos radionúcleos tanto para imagen como para terapia. Diversos estudios europeos han demostrado que se debe aumentar el número y la capacidad de las instalaciones capaces de ofrecer radioterapia y tratamientos con radionúcleos para satisfacer una creciente demanda. Para lograrlo, se deben desarrollar nuevas tecnologías, que incluyan técnicas de imagen más precisas y aceleradores más rentables en relación coste-beneficio.
En cuanto al ámbito industrial, los haces de partículas de los aceleradores se utilizan para penetrar en muchos materiales, proporcionando información detallada y análisis. Además, los aceleradores permiten esterilizar equipos y superficies, algo muy útil en dispositivos médicos, así como desinfectar semillas y granos, algo crucial para la seguridad alimenticia. Muchas instalaciones industriales de todo el mundo utilizan las atractivas cualidades de temperatura de los haces de partículas, desde fundir materiales para producir aleaciones hasta evaporar materiales para crear revestimientos de superficies resistentes a la corrosión.
Además de la fabricación, los aceleradores tienen un amplio rango de beneficios medioambientales, que incluyen el tratamiento de aguas residuales y gases. Haces de electrones de baja energía pueden eliminar contaminantes de los gases producidos en la industria, y haces de iones pueden ayudar a analizar partículas que contribuyen a la polución del aire.
Los aceleradores también se utilizan para llevar acabo análisis sobre patrimonio cultural como el estudio de la composición, estructura y procedencia de objetos artísticos y antigüedades. Así, el Centro de Investigación y Restauración de los Museos de Francia (C2RMF) alberga el Acelerador Gran Louvre de Análisis Elemental (AGLAE), que se dedica al estudio y análisis para los museos franceses.
Los aceleradores son asimismo una fuente crucial de fotones de alta energía e intensos haces de neutrones, que tienen propiedades analíticas relevantes tanto en investigación como en industria. Fuentes de luz como el sincrotrón ALBA en España proporcionan rayos x para su uso en biología, química, medio ambiente y ciencia de materiales. Fuentes de neutrones como la Fuente Europea de Espalación (ESS) en Suecia, actualmente en construcción, ofrece capacidades similares, incluyendo la técnica de scattering de neutrones.
Las aplicaciones son múltiples en otros campos como la seguridad, particularmente del aire, mar y fronteras, donde los aceleradores pueden ayudar a prevenir el transporte ilegal de bienes, identificar delitos como el blanqueo de capitales e, incluso, utilizarse en la lucha contra el terrorismo. En energía, los aceleradores ofrecen una solución al problema de los residuos nucleares, donde diversos diseños europeos plantean su utilización para su reciclaje.
Al identificar los retos en la investigación en aceleradores y sus aplicaciones, el informe APAE realiza recomendaciones para afrontarlos, sentando las bases para el avance tanto del papel de la ciencia de aceleradores en la sociedad y como de la ciencia de aceleradores europea en todo el mundo. Para Ángeles Faus-Golfe, “coordinar este trabajo ha sido enriquecedor y gratificante. Los mayores expertos europeos en aceleradores han contribuido al documento e identificado los principales objetivos para la I+D en aplicaciones de aceleradores en Europa. Este campo ha realizado un impresionantes avance en las últimas décadas, y ofrece múltiples oportunidades para los jóvenes investigadores”.
Más información:
Ángeles Faus-Golfe · IFIC, Rob Edgecock · Universidad de Huddersfield
