Publicat pel CSIC i Catarata, el personal investigador de l'Institut de Física (IFIC), centre d'investigació del Parc Científic de la Universitat de València (PCUV), destaca l'impacte d'estes potents ferramentes en la ciència bàsica, la medicina, la indústria o el medi ambient
Els escàners de rajos X, els tractaments de radioteràpia per a curar el càncer i els microxips dels nostres mòbils tenen un vincle en comú: els acceleradors de partícules. Estos dispositius capaços de generar, accelerar i confinar feixos de partícules amb càrrega elèctrica han sigut clau per a conéixer l'estructura de la matèria i, gràcies al seu desenrotllament i a les seues múltiples aplicacions, s'han convertit en ferramentes indispensables en la societat actual. Quasi un segle després del seu sorgiment, el CSIC publica ‘Acceleradors de partícules. Del laboratori a la societat’, el nou volum de la col·lecció Què sabem de? (CSIC-Cataracta).
Els investigadors de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), situat en l'àrea científic-acadèmica del Parc Científic de la Universitat de València (PCUV), Nuria Fuster i Daniel Esperante proposen un recorregut per l'evolució d'estes potents i complexes màquines. En poc més de 120 pàgines, els experts en acceleradors de partícules repassen les funcions d'estos aparells, descriuen els conceptes cientificotècnics que subjauen en el seu funcionament i presenten diverses aplicacions en les quals exercixen un paper crucial.
“La història dels acceleradors de partícules és una evidència de curiositat humana i perseverança científica perquè, a través dels avanços tecnològics en la construcció d'acceleradors, s'ha aconseguit comprendre millor l'univers a nivells subatòmics i respondre preguntes fonamentals sobre la matèria, l'energia i les forces fonamentals que regixen el cosmos”
“La història dels acceleradors de partícules és una evidència de curiositat humana i perseverança científica perquè, a través dels avanços tecnològics en la construcció d'acceleradors, s'ha aconseguit comprendre millor l'univers a nivells subatòmics i respondre preguntes fonamentals sobre la matèria, l'energia i les forces fonamentals que regixen el cosmos”, destaquen. “Així mateix, han influït en nombrosos aspectes de la vida quotidiana, des de l'atenció mèdica avançada fins a la tecnologia d'avantguarda i la seguretat alimentària”, agreguen.
Les peces d'un accelerador
Fuster i Esperante ens conduïxen fins a l'interior d'un accelerador per a conéixer els seus secrets. “El gran secret dels acceleradors de partícules, i el que els fa tan interessants, és la seua capacitat per a concentrar energia en espais diminuts de manera controlada”, destaquen.
Els experts de l'IFIC expliquen que, per a generar partícules, impulsar-les i guiar-les, es necessiten coneixements de física i d'enginyeria. A partir d'ací, tots els acceleradors de partícules, encara que varien en forma (lineals o circulars), grandària (des de metres fins a quilòmetres de longitud) i tecnologia (superconductors o no), compartixen quatre components principals: la font de partícules, els tubs de buit i els generadors de camps elèctric i magnètic.
Una revolució en medicina
Segons l'Agència Internacional d'Energia Atòmica (IAEA), hi ha més de 30.000 acceleradors en ús a tot el món i, d'estos, més del 97% s'utilitzen amb finalitats comercials, entre ells, les aplicacions mèdiques, que suposen entorn del 45-50%. “Les tècniques terapèutiques i diagnòstiques basades en acceleradors estan adquirint un paper crucial en la detecció i tractament de càncers complexos, a més de contribuir significativament a l'enteniment del funcionament d'òrgans clau, com el cervell, i de les causes subjacents de malalties amb un gran impacte social, com la demència”, apunten els investigadors.
L'any 1953 va marcar una fita històrica: un pacient va ser tractat per primera vegada amb un accelerador lineal de partícules amb un feix de rajos X. Els autors recalquen que este avanç va representar molt més que un assoliment tècnic: “va ser un salt cap a un futur on la radioteràpia es va tornar més precisa i menys nociva per als teixits sans”.
“Les tècniques terapèutiques i diagnòstiques basades en acceleradors estan adquirint un paper crucial en la detecció i tractament de càncers complexos, a més de contribuir significativament a l'enteniment del funcionament d'òrgans clau, com el cervell, i de les causes subjacents de malalties amb un gran impacte social, com la demència”
Dècades més tard, l'ús dels rajos X en radioteràpia ha avançat molt i, en l'actualitat, és la tècnica més comuna per a tractar el càncer. “En un linac de radioteràpia els rajos X s'ajusten i modelen per a prendre la forma exacta del tumor del pacient, fins i tot s'usen després de cirurgies per a eliminar restes de teixit cancerós en àrees pròximes al tumor”, expliquen els científics.
Aceleradors en la indústria
Els feixos de partícules generats per tecnologia d'acceleradors també ocupen un lloc fonamental en la indústria. El seu nivell de precisió i sensibilitat es combina amb l'avantatge de ser procediments generalment no invasius ni destructius. Així, els acceleradors s'apliquen en la fabricació nanotecnològica, com a ferramenta ideal per a crear nanoestructures. Així mateix, s'utilitzen per a esterilitzar en massa dispositius mèdics com a implants o utensilis quirúrgics, mitjançant feixos d'electrons, o en duanes i aeroports amb la finalitat d'escanejar contenidors, camions o maletes a la recerca de substàncies perilloses o il·legals.
En l'àmbit mediambiental, el seu potencial s'aprofita per a tractar aigües residuals i eliminar contaminants orgànics, de manera que s'evita el seu abocament a rius i mars. “A Corea del Sud s'ha usat un accelerador d'alta potència en una planta de tractament d'aigües residuals per a tractar fins a 10.000 metres cúbics diaris d'aigües procedents de la indústria tèxtil, i ha demostrat una elevada eficàcia en l'eliminació d'impureses orgàniques no degradables”, ressalten els autors.
Sobre els autors
Nuria Fuster Martínez és doctora en Física per la Universitat de València i investigadora CDEIGENT de la Generalitat Valenciana en l'IFIC. Ha treballat en diferents acceleradors internacionals, entre els quals destaquen el Large Hadron Collider (LHC) a Suïssa i l'Accelerator Test Facility (ATF) al Japó, així com en col·laboracions internacionals d'acceleradors com a CLIC/ILC i el HL-LHC.
Daniel Esperante Pereira és enginyer de Telecomunicacions, doctor en Física i investigador científic del CSIC en l'IFIC. Ha treballat durant anys en el CERN en experiments com LHCb i en col·laboracions internacionals de futurs colisionadors com a CLIC i ILC.
Font: IFIC
Entrades recents