el projecte alba i les seves aplicacionsel projecte alba i ... · investigació de les propietats...

54
1 El Projecte ALBA i les seves Aplicacions El Projecte ALBA i les seves Aplicacions Prada, 21 agost 2010 G. Guilera i S. Ferrer

Upload: others

Post on 01-Sep-2019

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

1

El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i les seves Aplicacions

Prada, 21 agost 2010

G. Guilera i S. Ferrer

Page 2: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

2

Sinopsi

1. Introducció

2. Descripció d’una font de llum sincrotró

3. Breu història d’ALBA

4. Les línies experimentals d’ALBA i la seva ciència

Page 3: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

3

INTRODUCCIÓINTRODUCCIÓ

Page 4: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

4

Espectre Electromagnètic

longitud d’ona

Page 5: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

5

Fonts de raigs X

Galàxies Cygnus A

Generadors de

Cygnus A

Generadors de raigs catòdics

Primera radiografia de raigs X utilitzada en medicinautilitzada en medicinaFebrer 1896

Sincrotrons

Feix de raigs X molt intens i brillant

Page 6: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

6

CONCEPTES BÀSICSDE LADE LA

RADIACIÓ SINCROTRÓ

Page 7: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

7

Els raigs X en un sincrotró estan generats per electrons que es mouen quasi a la velocitat de la llum quan descriuen trajectòries corbes.

Un camp elèctric accelera l’electró i augmenta la seva velocitat. LINACBooster

C

Un camp magnètic corba la trajectòria d’un electró.Imans de curvatura

Cavitats de RF

N

SLl i t ó lt i l t i XLlum sincrotró: ultravioleta, raigs X

Page 8: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

8

Característiques principals de la RS

• Alta brillantor i alt flux

• Ampli rang de longituds d’ona

• Polarització definida i ajustable

E t t t l• Estructura temporal

• Calculable

Page 9: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

9

La radiació sincrotró es produeix quan es corben els electrons relativístics

Radiació SincrotróLa radiació sincrotró es produeix quan es corben els electrons relativístics mitjançant la força de Lorenz generada a l’aplicar un camp magnètic.

L’angle d’obertura de la radiació és molt petit: 1/ 1Bending Magnetmolt petit: 1/γ

2

2

cv1

1

Bending Magnet

Espectre d’emissió

101410000 1000 100 10 1 0.1

Wavelength (Å)Numberof photons

Energia característica ½ potencia total:

Ec(keV) = 0.66 B(T) E2 (GeV)

1013

10

1011

1012 Bendingmagnet

Energia característica ½ potencia total:

B=1, E=3 , Ec = 5.94 keVlc= 2.0 Å

B 1 E 6 E 23 8 k V

109

1010

108

X-raytubes

B=1 , E= 6 , Ec = 23.8 keVlc= 0.52 Å1 eV 10 eV 100 eV 1 keV 10 keV 100 keV

Energy

107 Sun

Page 10: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

10

O d l d i Wi l

Dispositius d’Inserció

Onduladors i WigglersLes fonts de RS de 3ª generació es caracteritzen pel fet de tenir fonts de radiació més brillants i intenses que les dels ‘bending magnets’.

Els Onduladors permeten ajustar l’energia dels fotons i produir un lt fl i b ill talt flux i brillantor.

Page 11: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

11

El Booster augmenta l’energia de 100 milions d’eV fins a 3000 milions d’eV

El Booster i Cavitats RF

Les Cavitats de Radio-Freqüència (RF) “empenyen” i acceleren els electrons

El Booster augmenta l energia de 100 milions d eV fins a 3000 milions d eV.

electrons

Cavitat de RF del Booster

Page 12: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

12

Pel.lícula:COM TREBALLEN ELS

ACCELERADORS?ACCELERADORS?

Page 13: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

13

BREU HISTÒRIA D’ALBABREU HISTÒRIA D ALBA

Page 14: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

14

1990: 1er intent per obtenir finançament per fer un accelerador o una font de llum a Espanya

Breu Història d’ALBA1990: 1er intent per obtenir finançament per fer un accelerador o una font de llum a Espanya

1994: Contractació de personal per a preparar un informe de disseny conceptual d’una font de llum

1996: LLS (com a IFAE sub-grup i finançat per La Generalitat i OCYT) comença el Conceptual Design Report i Scientific Case

1998: Finalitza i s’entrega l’informe del disseny conceptual a les autoritats.

2000: Creació del Consorci LLS entre DURSI i UAB

2002: La Generalitat de Catalunya i el Govern Central aproven el projecte

2003: - Creació del Consorci CELLS i la seva comissió rectora i executiva

- Meeting a Maó per presentar el projecte (Oct)

2004 è2004: - Estudis geotècnics del terreny

- Meeting a Màlaga per definir els casos científics per les línies de llum (Feb).

2005: - Acondicionament del terreny

P t ió d l lí i d ll l SAC- Presentació de le línies de llum al SAC

2006: Començament de la Construcció de l’edifici

El sincrotró és la instal.lació científica més gran i més caraEl sincrotró és la instal.lació científica més gran i més cara que s’ha fet mai a l’Estat Espanyol

Page 15: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

15

Organització Esquemàtica de CELLS

Rector Council

E ti B dExecutive Board

DirectorMachine Advisory Committee

Scientific Advisory Committee

Management BoardDirector

Accelerator

Division

Experiments

Division

Engineering

Division

CC+DACQ

Division

Administrative

DivisionDivision

(D.Einfeld)

Division

(S.Ferrer)

Division

(L.Miralles)

Division

(J.Klora)

Division

(M.Sazatornil)

Page 16: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

16

Page 17: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

17

Page 18: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

18

Maig 2007

Page 19: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

19

Page 20: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

20

Experimental hall

Labs

Túnel

Offices

Túnel

Service area

Page 21: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

21

LINAC d’ALBA 100 M V

LINACLINAC d’ALBA: 100 MeV

Page 22: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

22

Cavitat de radiofreqüència

Page 23: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

23

Cavitat de radiofreqüència

Page 24: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

24

Cavitat de radiofreqüència

Page 25: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

25

Booster

Anell d’emmagatzematgeAnell d emmagatzematge

Page 26: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

26

Front-End

Page 27: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

27

Wiggler Wiggler Superconductor

Page 28: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

28

Dipol

Quadrupol

Sextupol

Page 29: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

29

Sala blancaSala blanca

Page 30: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

30

Túnel

Page 31: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

31

Hall Experimental

Page 32: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

32

ESTACIONS EXPERIMENTALS OO

LÍNIES DE LLUM

Page 33: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

33

A ll d’ t t

Línies de llumAnell d’emmagatzematge

Linac

Booster

Linac

Lí i d llEstacions experimentalsLínies de llum

Page 34: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

34

Anatomia d’una línia de llum

Cabina Òptica

Cabina ExperimentalCabina Experimental

Sala de Control

Page 35: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

35

Page 36: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

36

Interior d’una cabina òptica

Page 37: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

37

Monocromador

Page 38: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

38

W-65EU62

CLÆSSCIRCE

Distribució de les línies a ALBAEU62CIRCE

EU-71XMCD

IVU-21 XALOC

IVU-21 NCD

Bending MISTRAL

Diagn.

Diagn. Bending

Bending

SCW-30 MSPDTest

IVU-21

Page 39: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

39

Línies Experimentals d’ALBA

BiomaterialsNCDXALOC

Estudi de Fibres, Polímers i Solucions Biològiques

Estructura de Proteïnes i Virus

MISTRAL Visualització de Cèl.lules

MaterialsCLÆSS Anàlisis Químic, Reaccions Químiques i Medi Ambient

MaterialsMSPD Estructura de Materials, Compostos Farmacèutics,

Material geològic, ceràmiques, etc…

CIRCENanotecnologia

CIRCE Microscopia de Nanodispositius

Magnetisme de Nanomaterials (memòries d’ordinadors, etc…)

BOREAS

MIRAS Espectromicroscopia: Informació Química i d’Imatges

LOREA Propietats electròniques de Superconductors i similars

Page 40: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

40

Ó È

El per què de les línies de llum

Fluorescència

INTERACCIÓ AMB LA MATÈRIA

Raigs XDispersió a angles baixos

Fotoemissió

AbsorbcióMOSTRAa gs

DifraccióReflexióDispersió

Page 41: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

41

APLICACIONSAPLICACIONS

Page 42: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

42

Ciència amb el sincrotró

EL SINCROTRÓ ÉS UNA EINA QUE SERVEIX PER A ESTUDIAR

L’ESTRUCTURA DE LA MATÈRIA

Atòmica Molecular Nano-, Micro-, Milli-mètrica

Química

Física Física

Biologia

Ciència dels materials

Geologia

Patrimoni Cultural

M di A bi t

APLICACIONS

Medi Ambient

Indústria

MedicinaMedicina

Page 43: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

43

Cristal.lografia de proteïnes

RibosomaHIV proteasa

Sham et al. ANTIMICROBIAL AGENTS AND CHEMOTHERAPY (1998)

Page 44: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

44

C D

Microscopia de mostres biològiquesC D

0.5 m

2 m

Pictures courtesy of C. Larabell

Llevadura del sistema digestiu humà.

Page 45: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

45

Polímers i Fibres

La teranyina d’una aranya és un dels materials més resistents i elàstics que existeix en la natura.

0 teranyina

y

Tambormotoritzat

agulla

agulla

aranya

Ref. Simmons et al., Science, 1996, 371, 84.

suport

Page 46: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

46

Materials a altes pressions

Estudi per difracció en pols a altes pressions d l l d l ll

Jung-Fu Lin et at Nature Geoscience 1, 688 - 691 (2008)

dels elements del mantell terrestre.

Page 47: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

47

Anàlisi Químic

Estudi de procés d’absorció de contaminants de lesEstudi de procés d’absorció de contaminants de les plantes i desenvolupament de processos de

descontaminació de sòls i aigües.

Ref. Om Parkash Dhankher et al., Nature Biotechnology (2002).

Page 48: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

48

Catalitzadors

Raigs XH2ON2

CO

NOx

CO

CxHy

CO2CO

Reprod cció de les condicions de f ncionament d’ n t bReproducció de les condicions de funcionament d’un tub d’escapament per desenvolupar nous convertidors catalítics.

Ref. Y. Nagai et al., Angew. Chem., Int. Ed., 47, 9306 (2008). (TOYOTA)

Page 49: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

49

…durant l’experiment…

Page 50: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

50

Materials Magnètics

Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials per aplicacions en el camp de la spintrònica.

Page 51: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

51

Paleontologia

Estudi de la vida de fa més de 100 milions d’anys.

Page 52: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

52

I moltes altres aplicacions…

Page 53: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

53

G àGràcies !

Page 54: El Projecte ALBA i les seves AplicacionsEl Projecte ALBA i ... · Investigació de les propietats magnètiques de nousInvestigació de les propietats magnètiques de nous materials

54