China presenta un potente acelerador de iones pesados

Esta foto del 10 de diciembre de 2024 muestra parte de la instalación del acelerador de iones pesados ​​de alta intensidad y baja energía (LEAF). [Foto/Xinhua]

China ha puesto en marcha una instalación científica innovadora capaz de generar haces de iones pesados ​​mucho más potentes que cualquier otro dispositivo de su tipo en el mundo.

La Instalación del Acelerador de Iones Pesados ​​de Alta Intensidad y Baja Energía, o LEAF, construida por el Instituto de Física Moderna, de la Academia China de Ciencias, en Lanzhou, provincia de Gansu, comenzó a funcionar esta semana, según los investigadores.

Se espera que esta instalación ayude a los científicos a explorar la historia evolutiva de los elementos cósmicos. Además, las técnicas desarrolladas aquí podrían facilitar la síntesis de nuevos elementos más allá de la tabla periódica actual, dijeron los expertos.

LEAF es el primer acelerador de iones pesados ​​independiente del mundo de su tipo y cuenta con un rendimiento varias veces mayor que los dispositivos similares en Europa y Estados Unidos.

"Los científicos chinos ya han utilizado LEAF para producir haces de iones de carbono con una intensidad de 80 microamperios de partículas y bombardearlos sobre el objetivo, duplicando el récord mundial conocido", dijo Sun Liangting, investigador del instituto y miembro del equipo de desarrollo.

Sun dijo que la instalación podría alcanzar una intensidad de haz de iones de nivel de miliamperios, superando con creces las decenas de microamperios de partículas que suelen producir aceleradores similares en todo el mundo.

Un miliamperio de partícula es una enorme cantidad de partículas. Es equivalente a unos 10 cuatrillones de partículas por segundo, lo que es aproximadamente un millón de veces más que toda la población del mundo.

Zhao Hongwei, científico jefe del proyecto y académico de la CAS, dijo que las capacidades avanzadas de LEAF le permiten producir haces intensos y de alto estado de carga de elementos que van desde ligeros a pesados.

"LEAF tiene amplias perspectivas de aplicación en campos de investigación interdisciplinarios de vanguardia, como la física atómica, la astrofísica nuclear y los materiales de energía nuclear", dijo Zhao.

Más allá de su aplicación en el ámbito de la energía, como en las centrales nucleares, las reacciones nucleares son fundamentales para comprender la evolución del universo.

"Según las teorías científicas predominantes, el Big Bang produjo principalmente hidrógeno, helio y trazas de litio. Los elementos esenciales para la vida, como el carbono y el oxígeno, así como elementos más pesados ​​como el hierro, se formaron a través de la evolución estelar. Comprender estos procesos es un objetivo clave de la astrofísica nuclear", dijo Tang Xiaodong, investigador del Instituto de Física Moderna.

El desarrollo de LEAF comenzó en 2014. En los últimos años, el equipo de Tang y Sun ha trabajado en estrecha colaboración para mejorar el rendimiento de la instalación para cumplir con los requisitos experimentales.

El equipo de Tang ya ha realizado una serie de experimentos, incluidos estudios sobre reacciones de fusión carbono-carbono, cuyos resultados pronto se publicarán en revistas internacionales.

Tang señaló que las reacciones de fusión carbono-carbono son un área de estudio desafiante en la evolución de los elementos cósmicos, que sigue siendo un tema de frontera desde la década de 1960.

"LEAF puede simular las reacciones nucleares que ocurren dentro de las estrellas en un entorno de laboratorio, ayudando a los científicos a abordar preguntas de larga data sobre la evolución de los elementos cósmicos. Representa un hito significativo en la astrofísica nuclear", dijo.

Sun agregó que también se están realizando investigaciones en IMP para sintetizar nuevos elementos utilizando la tecnología avanzada de LEAF, lo que potencialmente conducirá al descubrimiento de elementos más allá de la tabla periódica actual.

Proyectos de aceleradores similares en Estados Unidos y Europa también han explorado experimentos de fusión carbono-carbono. Sin embargo, estos esfuerzos se han visto limitados por las limitaciones del equipo.

"La principal limitación de los aceleradores electrostáticos tradicionales ha sido sus fuentes de iones relativamente pequeñas, que carecen de la potencia de LEAF", explicó Sun.

"LEAF emplea un acelerador lineal equipado con una potente fuente de iones de resonancia de ciclotrón electrónico para proporcionar haces de alta intensidad que satisfacen las necesidades experimentales. Este avance permite simulaciones más realistas de entornos de reacción nuclear en el universo y aborda las demandas de la investigación en astrofísica nuclear".

El profesor Gao Ning de la Universidad de Shandong, uno de los primeros usuarios de LEAF, destacó el potencial de la instalación para avanzar en la investigación de materiales resistentes a la radiación.

"Los haces de iones de alta corriente producidos por LEAF tienen una importancia revolucionaria para reducir los costos experimentales y acortar los plazos. Por ejemplo, el equipo de implantación de iones convencional puede irradiar un área de aproximadamente 1 cm por 1 cm, mientras que el haz de LEAF puede cubrir 10 cm por 10 cm. Esto nos permite irradiar 100 muestras en condiciones idénticas simultáneamente", dijo Gao.

"Con LEAF, podemos ahorrar alrededor de dos tercios de la financiación mientras producimos muestras 100 veces más grandes. Lo que antes requería semanas ahora se puede completar en solo uno o dos días", agregó.

Sun señaló que los científicos extranjeros ya han comenzado a utilizar LEAF, y que estará abierto a investigadores de todo el mundo en el futuro.