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Elettra Sincrotrone Trieste es un centro de investigación internacional fundado en 1986 y operativo desde 1993, situado en Trieste, Italia. El centro gestiona dos fuentes de luz emblemáticas:
- Sincrotrón Elettra, un anillo de almacenamiento de tercera generación que abastece a más de 30 líneas de luz
- FERMI, un láser de electrones libres de categoría mundial que emite pulsos ultracortos y totalmente coherentes de UV a rayos X suaves que duran apenas unas decenas de femtosegundos
Estas herramientas ayudan a científicos e ingenieros a explorar materiales y procesos a nivel atómico, lo que permite desbloquear innovaciones en microelectrónica, almacenamiento de energía, industria aeroespacial, etc.
Muchas de nuestras líneas de luz, incluida la de espectroscopia, desempeñan un papel clave en la investigación industrial aplicada. Técnicas como la espectroscopia de rayos X y las imágenes a nanoescala se utilizan para investigar superficies, películas finas y nanoestructuras, fundamentales para optimizar materiales para semiconductores, dispositivos de almacenamiento de energía y sistemas catalíticos. Este vínculo directo entre la ciencia experimental y las aplicaciones en el mundo real contribuye a acelerar la innovación tanto en la fabricación como en el desarrollo de tecnologías avanzadas.
Nuestra historia está marcada por audaces logros de ingeniería. Por ejemplo, la construcción de FERMI exigió sistemas precisos de estabilización mecánica y térmica, componentes personalizados de alta precisión, diagnósticos avanzados y sincronización de femtosegundos. La gestión de las operaciones diarias de la línea de luz también requiere las mismas características de la fabricación de alta gama: fiabilidad, personalización, integración CAD/CAM y rápida resolución de problemas.
Un audaz reto de ingeniería para la ciencia de nueva generación
Elettra 2.0 es una actualización completa de nuestra fuente de luz de sincrotrón para convertirla en una instalación de cuarta generación, diseñada para proporcionar luz totalmente coherente y limitada a la difracción. El núcleo de esta transformación es una nueva red de 12 arcos (S6BA-E) que reduce la emitancia horizontal en un factor de 50, logrando haces ultrafocalizados y estables.
Este avance en el rendimiento se traduce en un incremento de brillo de un factor 100 a 10 keV y una mejora de hasta 60 veces en la coherencia a 1 keV, todo ello aprovechando la infraestructura original, lo que convierte a Elettra 2.0 en un hito en los ámbitos científico y de la ingeniería.
Para hacer realidad esta visión se necesitan sistemas mecánicos ultraprecisos que abarquen las cámaras de vacío, los soportes de las líneas de haces y los elementos de dirección de los haces, cada uno de ellos diseñado y construido con la máxima atención al detalle.
En la línea de luz: el sistema detrás de Elettra 2.0
Diseñar sistemas para Elettra 2.0 significa trabajar en la intersección de la estabilidad extrema, el vacío ultraalto y la calidad del haz de fotones. Todos los componentes; etapas mecánicas, soportes, interfaces; deben funcionar con precisión nanométrica, resistir las perturbaciones térmicas y vibratorias y preservar la integridad del vacío durante largos ciclos experimentales.
Un hito clave en el proyecto de actualización de Elettra 2.0 fue el desarrollo de un sistema de movimiento XYZ de alta precisión para la línea de luz de espectromicroscopía. El sistema incluye:
- Etapas de movimiento que pueden moverse con precisión nanométrica, esencial para experimentos que requieren una precisión extrema
- Componentes compatibles con ultra alto vacío (UHV) fabricados en cerámica y cobre OFHC
- Pies de apoyo aislados de las vibraciones para mantener un posicionamiento ultraestable.
Cada elemento tenía que cumplir tolerancias estrictas, soportar tensiones térmicas y mecánicas e integrarse con flujos de trabajo de diseño basados en CAD. La precisión del movimiento no es sólo un requisito mecánico, sino que afecta directamente a la resolución espacial, la relación señal/ruido y la reproducibilidad de las imágenes a nanoescala y las mediciones de absorción de rayos X.
Dando vida al sistema de movimiento
En 2022, nuestro equipo comenzó a traducir modelos CAD detallados en componentes físicos a través de la plataforma de fabricación de Xometry. Gracias a las herramientas de fabricación digital, especificamos materiales de grado UHV y recibimos piezas fabricadas con precisión en cuestión de semanas.
El conjunto XYZ completo, incluidas las etapas de movimiento, los elementos estructurales y los soportes, se construyó con tolerancias nanométricas, listo para su integración en la línea de luz.
Una vez instalado en la estación final de espectromicroscopía, el sistema XYZ proporcionó un movimiento suave y repetible con precisión nanométrica en vacío. Todos los componentes, incluidas las piezas de cerámica y cobre de gran pureza, superaron las pruebas de limpieza al vacío, lo que garantiza un entorno libre de contaminación. Por su parte, los pies aislantes de vibraciones mantuvieron el sistema estable con una estabilidad de nivel microscópico. En conjunto, estos elementos cumplieron las rigurosas exigencias operativas de la línea de luz, validando su papel en la plataforma Elettra 2.0.
Una plataforma para seguir innovando
Una vez implantado con éxito el sistema XYZ, Elettra está avanzando en el desarrollo de nuevos componentes de alta frecuencia para su anillo de almacenamiento actualizado, con el fin de ampliar aún más los límites de la ciencia de la luz. Estas piezas se fabrican mediante el mismo flujo de trabajo digital, garantizando los mismos niveles de precisión, calidad y plazos de entrega, a medida que el centro avanza en su visión de una fuente de luz de cuarta generación totalmente coherente y con difracción limitada.
¿Qué sistemas ha construido que exijan este nivel de precisión? Nos encantaría saber cómo otros abordan el movimiento, el vacío y el control en entornos extremos.
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