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Huairou, Pekín

Algunos de los rayos X sincrotrón más brillantes del mundo se emitirán alrededor de una nueva instalación de alta energía en China a finales de este año. La fuente de fotones de alta energía (HEPS), valorada en 4.800 millones de yuanes (665 millones de dólares), será la primera de su tipo en Asia, lo que colocará a China entre los pocos países del mundo con fuentes de luz sincrotrón de cuarta generación.

“Sin duda será una instalación de última generación que satisfará las necesidades de la ciencia de élite”, afirma Pedro Fernández Tavares, físico que dirige la división de aceleradores de uno de los competidores más brillantes de HEPS. Máximo IV Laboratorio, Instalación de Radiación Sincrotrón en Lund, Suecia.

En el edificio circular HEPS, ubicado en Huairou, a unos 50 kilómetros del centro de Beijing, los investigadores están afinando miles de componentes que ayudarán a producir una fuente de luz que pueda penetrar profundamente en las muestras para revelar su estructura molecular y atómica en tiempo real. . Para finales de junio, el equipo HEPS espera terminar de instalar el sistema de cámara de vacío, un componente esencial para mantener el brillo y la estabilidad de la luz.

Ultrapreciso

Dentro de su anillo de almacenamiento, de 1,36 kilómetros de circunferencia, el sistema HEPS acelerará electrones hasta energías de hasta 6 GeV. Esto producirá rayos X de alta energía o “duros” que pueden examinar muestras a escalas nanométricas. La precisión del tiempo será 10.000 veces mejor que la alcanzada por los sincrotrones de tercera generación, como una circunferencia de 432 metros. Instalación de radiación sincrotrón de Shanghai — Actualmente el sincrotrón operativo más avanzado de China. Esto permitirá a los investigadores realizar mediciones en cientos de nanosegundos en lugar de milisegundos, afirma Yi Tao, científico de líneas de luz del Instituto de Física de Altas Energías (IHEP) de la Academia China de Ciencias en Beijing, que está trabajando en HEPS.

Cuando el proyecto HEPS se abra a los investigadores en 2025, los usuarios podrán elegir entre 14 líneas de luz para experimentos en temas que incluyen biomedicina, energía, materiales avanzados y física de la materia condensada. En el futuro, se espera que el sistema HEPS admita hasta 90 líneas de luz. Tao dice que la instalación circular tendrá un impacto en todos los campos científicos excepto en las matemáticas.

Por ejemplo, para determinar la estructura atómica de las proteínas, los investigadores necesitan purificar estas moléculas en estructuras cristalinas organizadas que puedan visualizarse con rayos X. Los sincrotrones más antiguos requerían muestras grandes que eran difíciles de producir, lo que hacía casi imposible estudiar cristales de proteínas más pequeños, dice Tavares. Pero los rayos X duros de HEPS serán lo suficientemente potentes como para analizar en detalle incluso las muestras más pequeñas. Añade que el nuevo sincrotrón también permitirá a los investigadores realizar rápidamente experimentos que podrían tardar días en completarse en instalaciones más antiguas. “Es un verdadero cambio de juego”, dice Tavares.

Más grande y más brillante

Actualmente hay alrededor de 70 sincrotrones repartidos por todo el mundo, ya sea en funcionamiento o en construcción. Pero sólo unos pocos forman parte del club de cuarta generación, que produce la luz más brillante y enfocada. Estos incluyen Suecia Máximo IV Laboratorio Sirius en Campinas, Brasilel La impresionante fuente de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón En Grenoble, Francia y Fuente de fotones avanzada en Lemont, Illinois, donde la actualización está casi completa. El sistema HEPS se construyó desde cero, en lugar de partir de una instalación existente, porque requería un acelerador mucho más grande que cualquiera que ya esté disponible en China para generar potentes rayos X duros, dice Yuhui Li, físico del IHEP y subdirector de HEPS.

Las instalaciones de cuarta generación, como las HEPS, se basan en una serie de imanes llamado red acromática de curvaturas múltiples, para generar haces de rayos X que son más estrechos (y por lo tanto más brillantes) que los producidos por las instalaciones de la generación anterior, dice el físico Harry. Westfal Jr. Director del Laboratorio Brasileño de Luz Sincrotrón que dirige Sirius. El haz de electrones de HEPS será el más estrecho del mundo, lo que le permitirá crear rayos X particularmente intensos. Esto permitirá a los investigadores obtener más información de sus muestras de la que podrían obtener utilizando fuentes de luz anteriores, pero con la misma dosis de radiación. Westphal, miembro del Comité Asesor Internacional HEPS, añade que se espera que estas imágenes de alta resolución tengan un impacto importante en la comprensión de los científicos sobre las propiedades de la materia y en el desarrollo de nuevos materiales.

Por ahora, los investigadores se centran en asegurarse de que el haz sea lo suficientemente estable como para poder utilizarlo. Es un proceso difícil y requiere ajustes paso a paso, afirma Lee. “Para empezar, no existe una viga perfecta”, afirma.