Sincrotrones

Las fuentes de radiación sincrotrónica y de láser de electrones libres (FEL) se componen de radiación electromagnética de banda ancha muy brillante generada por electrones de alta velocidad que se desplazan en órbitas bien definidas limitadas por diversas estructuras magnéticas. Las fuentes de FEL, en particular, ofrecen un brillo y una coherencia extraordinarios en pulsos de luz ultracortos con longitudes de onda que van desde un milímetro hasta unos pocos nanómetros (como en el caso de los rayos X). Tanto las fuentes de radiación sincrotrónica como las de FEL han propiciado muchos descubrimientos científicos destacados. Actualmente, hay más de 60 sincrotrones y 20 fuentes de luz de FEL en funcionamiento en todo el mundo, y varios más se encuentran en fase de construcción o de planificación.

El OIEA ayuda a los Estados Miembros a crear sus competencias en la esfera de las aplicaciones de la radiación sincrotrónica. Organiza reuniones técnicas y talleres, y celebra cursos especializados en los que se imparten conocimientos teóricos y prácticos sobre estas tecnologías. A fin de ayudar a los Estados Miembros a acceder a instalaciones de radiación sincrotrónica, el Organismo se ha unido a la compañía italiana Elettra Sincrotrone Trieste. En la línea de haz de fluorescencia X de la empresa, se estableció una instalación de investigación conjunta concebida para presentar los parámetros del haz necesarios para realizar mediciones de espectroscopia y microscopía de alto nivel. La línea de haz funciona a pleno rendimiento desde principios de 2015.

Las propiedades únicas de la radiación sincrotrónica, comprendidos su alto brillo, amplia gama espectral y longitud de onda/capacidad de sintonización de la energía, le confieren unas capacidades analíticas extraordinarias para la caracterización de materiales. Combinada con los diversos modos de interacción fotón-materia, la radiación sincrotrónica ofrece una gran variedad de técnicas y metodologías, entre ellas:

• los análisis químicos, como la composición elemental, la especiación química y el análisis del lugar de coordinación del átomo absorbente, así como la identificación de grupos y estructuras moleculares;
• los análisis estructurales para comprender las modificaciones inducidas para cristalizar materiales heterogéneos por medio de la difracción de rayos X, la dispersión de rayos X de bajo ángulo y la reflectometría de rayos X;
• la investigación de las propiedades electrónicas y magnéticas de superficies, películas delgadas e interfaces enterradas mediante el empleo de diversas técnicas, como la emisión de rayos X blandos, la microscopía electrónica de fotoemisión, la espectroscopia de fotoemisión de ángulo resuelto, la microscopía electrónica de baja energía y el dicroísmo circular magnético de rayos X; y
• la caracterización morfológica, que se refiere a la visualización en dos o tres dimensiones de hasta el último detalle de estructuras complejas por medio de tomografía computarizada con contraste de fase y microtomografía.

Gracias a estas capacidades, las aplicaciones de la radiación sincrotrónica se han ampliado a una gran variedad de disciplinas científicas: ciencia de los materiales; investigación sobre energía; cristalografía de proteínas; ciencias ambientales; química; ciencias biológicas; microelectrónica; ciencias geológicas, incluido el estudio de la materia extraterrestre, y análisis paleoambiental. Asimismo, se utiliza ampliamente en la industria, desde la industria farmacéutica y biotecnológica hasta la producción de automóviles, semiconductores y cosméticos. Recientemente, el almacenamiento y la conversión de energía se han unido a esta lista en forma de materiales heterogéneos a escala micro y nanométrica, como baterías, pilas de combustible y semiconductores fotovoltaicos y orgánicos.

Las fuentes de láser de electrones libres se emplean para estudiar las propiedades de la materia condensada; los nanomateriales; los procesos moleculares y atómicos, y los sistemas biológicos. En particular, los pulsos de rayos X de femtosegundos de duración generados en las fuentes de FEL se usan en experimentos de caracterización temporal de paquetes individuales que permiten abrir capacidades de investigación poco corrientes en una resolución alta o ultrarápida en los procesos dinámicos moleculares y atómicos.

En el Portal de Conocimientos sobre Aceleradores del OIEA puede encontrarse una lista de fuentes de radiación de sincrotrón de todo el mundo.