Infraestructura

El Laboratorio de Radiofrecuencia de Alto Gradiente del IFIC permite estudiar y caracterizar las cavidades de radiofrecuencia, uno de los elementos básicos de los aceleradores de partículas. Sus prestaciones, principalmente la frecuencia de oscilación de 3 GHz y la tasa de repetición de las señales de hasta 400 Hz, la convierten en una instalación única en España.

La instalación está diseñada para operar con cavidades que trabajan en la llamada banda S, un sector específico de la región de microondas del espectro electromagnético. En esta banda funcionan la mayoría de las cavidades de radiofrecuencia en aceleradores para aplicaciones médicas e industriales, así como algunos estándares de sistemas de comunicación inalámbrica y de satélites. Estas cavidades, por su diseño y fabricación, permiten generar campos electromagnéticos muy intensos (de alto gradiente), consiguiendo una capacidad de acelerar partículas de más de 100 MV/m. La operatividad en estas condiciones permitirá conseguir aceleradores lineales más compactos y de menor coste, lo que es esencial para desarrollar instalaciones para nuevos tratamientos contra el cáncer como la hadronterapia.

En concreto, las cavidades de radiofrecuencia que se ensayan en este laboratorio del IFIC consiguen un rango de energías de 70-230 MeV para protones y 100-400 MeV para electrones. Esta característica posibilita desarrollar nuevas terapias contra el cáncer con partículas pesadas, las cuales depositan la mayor parte de la energía en el tumor, afectando menos al tejido sano circundante. Otras aplicaciones son el desarrollo de tecnologías de aceleración para futuros aceleradores de partículas como CLIC o el International Linear Collider (ILC), de rayos X como XFEL, así como en telecomunicaciones.

El laboratorio funciona como parte de un acelerador de partículas a pequeña escala. La señal se genera mediante dos equipos tipo klystron que amplifican la señal de radiofrecuencia de 3 GHz. Estos equipos son alimentados por moduladores con tecnología de estado sólido capaces de generar pulsos eléctricos muy intensos de 150 KV y 100 A que duran microsegundos.

Un sistema de control desarrollado por el IFIC combina las dos señales y las envía sincronizadas a la cavidad de radiofrecuencia con una frecuencia de hasta 400 veces por segundo. Para enviar las señales al interior de la cavidad se utilizan guías de onda rectangulares en cuyo interior se crean condiciones de ultra alto vacío tan bajas como las de la atmósfera lunar (10^-10 milibares). El laboratorio puede funcionar durante semanas o meses de forma continua, tanto para realizar estudios como para acondicionar las cavidades, preparándolas para su uso posterior.

La precisión de este singular sistema permite medir con exactitud cuándo se introduce la señal en la cavidad y, si se produjera un fenómeno llamado RF breakdown (pequeñas chispas en el interior de las cavidades por la alteración del material ante campos electromagné­ticos tan intensos), también es capaz de detectarlo con rapidez, pudiendo localizar el lugar del interior de la cavidad donde se produjo el fallo Por tanto, permite estudiar los fenómenos de rotura o RF breakdown, lo que constituye uno de los principales problemas a la hora de diseñar y construir este tipo de cavidades para conseguir reducir el tamaño y coste de los aceleradores.