Infraestructura

El Laboratori de Radiofreqüència d’Alt Gradient de l’IFIC permet estudiar i caracteritzar les cavitats de radiofreqüència, un dels elements bàsics dels acceleradors de partícules. Les seues prestacions, principalment la freqüència d’oscil·lació de 3 GHz i la taxa de repetició dels senyals de fins a 400 Hz, la converteixen en una instal·lació única a Espanya.

La instal·lació està dissenyada per operar amb cavitats que treballen en l’anomenada banda S, un sector específic de la regió de microones de l’espectre electromagnètic. En aquesta banda funcionen la majoria de les cavitats de radiofreqüència en acceleradors per a aplicacions mèdiques i industrials, així com alguns estàndards de sistemes de comunicació sense fil i de satèl·lits. Aquestes cavitats, pel seu disseny i fabricació, permeten generar camps electromagnètics molt intensos (d’alt gradient), amb la qual cosa s’aconsegueix una capacitat d’accelerar partícules de més de 100 MV/m. L’operativitat en aquestes condicions permet aconseguir acceleradors lineals més compactes i de menor cost, cosa que és essencial per desenvolupar instal·lacions per a nous tractaments contra el càncer, com l’hadronteràpia.

En concret, les cavitats de radiofreqüència que s’assagen en aquest laboratori de l’IFIC aconsegueixen un rang d’energies de 70-230 MeV per a protons i 100-400 MeV per a electrons. Aquesta característica possibilita desenvolupar noves teràpies contra el càncer amb partícules pesants, les quals depositen la major part de l’energia al tumor i afecten menys el teixit circumdant. Altres aplicacions són el desenvolupament de tecnologies d’acceleració per a futurs acceleradors de partícules com CLIC o l’International Linear Collider (ILC), de raigs X com XFEL, així com en telecomunicacions.

El laboratori funciona com a part d’un accelerador de partícules a petita escala. El senyal es genera mitjançant dos equips tipus klystron que amplifiquen el senyal de radiofreqüència de 3 GHz. Aquests equips són alimentats per moduladors amb tecnologia d’estat sòlid capaços de generar polsos elèctrics molt intensos de 150 KV i 100 A que duren microsegons.

Un sistema de control desenvolupat per l’IFIC combina els dos senyals i els envia sincronitzats a la cavitat de radiofreqüència amb una freqüència de fins a 400 vegades per segon. Per a enviar els senyals a l’interior de la cavitat s’utilitzen guies d’ona rectangulars a l’interior de la qual es creen condicions d’ultraalt buit tan baixes com les de l’atmosfera lunar (10^-10 mil·libars). El laboratori pot funcionar durant setmanes o mesos de manera contínua, tant per a realitzar estudis com per a condicionar les cavitats, preparant-les per al seu ús posterior.

La precisió d’aquest singular sistema permet mesurar amb exactitud quan s’introdueix el senyal a la cavitat. A més, si es produeix un fenomen anomenat RF breakdown (petites espurnes a l’interior de les cavitats per l’alteració del material davant camps electromagnè­tics tan intensos), també és capaç de detectar-lo amb rapidesa i es pot localitzar el lloc de l’interior de la cavitat on s’ha produït la fallada. Per tant, permet estudiar els fenòmens de trencament o RF breakdown, que constitueix un dels principals problemes a l’hora de dissenyar i construir aquest tipus de cavitats per a aconseguir reduir la grandària i cost dels acceleradors.