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La "segunda vida" del acelerador 5.5

Eduardo Andrade
7/jun/2016

El acelerador Van de Graaff de 5.5 MV es uno de los cinco aceleradores en operación en el Instituto de Física de la UNAM (IFUNAM) y, sin duda, uno de los más emblemáticos. Su llegada a México y al Instituto no sólo marcó el inicio de nuevos usos de los aceleradores de bajas energías en el país, también fue prueba de que, con perseverancia y buena voluntad, se puede lograr lo imposible. La forma en que fue adquirido por el Instituto responde a una cadena de acontecimientos fortuitos que, hoy, a más de 30 años de su instalación, vale la pena recordar.

El acelerador y la torre que lo alberga. En la parte superior de la torre del edificio del acelerador, hay una grúa para las maniobras de quitar y poner el tanque del acelerador de 14 toneladas.

De Rice a la UNAM

Este acelerador es de tipo vertical y fue uno de los 26 aceleradores con esa característica que fabricó la compañía High Voltage Engineering Coorporation (HVECO) y fue instalado en 1953 en los Laboratorios T. W. Bonner de Física Nuclear, de la Universidad de Rice, ubicada en Houston, Texas.

Un día, en mayo de 1984, el entonces director del Instituto de Física, el doctor Miguel José Yacamán, recibió al doctor G. C. Phillips quien era director de los laboratorios T. W. Bonner y asesor de doctorado del hoy investigador del IF Eduardo Andrade. En esa entrevista Phillips mencionó que el programa de Física Nuclear en la Universidad de Rice se había terminado y ofreció a la UNAM en donación uno de sus dos aceleradores.

El doctor Yacamán aceptó la oferta, a reserva de que fuera aprobada por el rector de la UNAM, el doctor Rivero Serrano. Para evitar un retraso en la toma de decisión que hubiera cancelado la oferta de donación y sin discusión en el Consejo Interno ni en el CTIC, el doctor Yacamán, acompañado por miembros del Departamento de Colisiones, (Marcos Mazari, Jorge Rickards, Ángel Dacal y Eduardo Andrade), solicitó al rector una audiencia para presentarle el proyecto.

El rector escuchó los argumentos sobre la conveniencia de aceptar la donación y autorizó financiar el compromiso adquirido, cuya mayor inversión sería la de construir un edificio que albergara al acelerador. La intervención en favor del proyecto del ingeniero Marcos Mazari, quien además de ser doctor honoris causa, investigador emérito y miembro de la Junta de Gobierno de la UNAM, fue muy importante para que el rector aceptara la donación del acelerador.

El IFUNAM no tenía presupuesto para cubrir los gastos de mano de obra especializada requerida para desarmar y embalar los componentes del acelerador en Houston, por lo que seis de sus miembros: Marcos Mazari, Ángel Dacal, Karim López, Efraín Chávez, Rafael Martínez y Eduardo Andrade, realizaron estas tareas durante octubre de 1984.

El ingeniero Héctor del Castillo, Director de Proveeduría de la Universidad, por instrucciones del rector destinó 32,000 dólares para el pago de la maniobra necesaria para sacar del edificio de Rice las pesadas componentes del acelerador, montarlas en plataformas y trasladarlas a la Ciudad de México y le pidió a José Mendoza, quien trabajaba para su dependencia en Houston, que apoyara a Eduardo Andrade para importar el acelerador donado.

El trabajo de Mendoza era dar servicio para importar los materiales que la UNAM compraba en los Estados Unidos y los almacenaba temporalmente en un pequeño cuarto de 60 m2. Antes de presentarse en la Universidad de Rice para conocer el equipo donado, Mendoza suponía que sería del tamaño no mayor al de un microscopio electrónico y que lo podía guardar temporalmente en su almacén. Grande fue su sorpresa al ver las numerosas y pesadas componentes del acelerador y equipos periféricos.

Imagen de las maniobras en el acelerador publicada por National Geographic en 2004, en un artículo dedicado a la UNAM debido al 50 aniversario del campus de CU.

La primera dificultad para lograr su encomienda era la de encontrar una compañía que tuviera la infraestructura necesaria para sacar del laboratorio las voluminosas componentes del acelerador por lo que entrevistó por lo menos a cinco diferentes empresas, hasta que finalmente, la compañía Westhaimer aceptó la tarea, pues su gerente responsable había participado en 1952 en introducir las componentes del acelerador al edificio.

Las voluminosas componentes del acelerador y equipos periféricos (¡con un peso superior a 70 toneladas!) fueron trasladadas a México en noviembre de 1984. Para ello, se usaron cinco plataformas y fueron descargadas en los jardines del IFUNAM debido a que no había otro sitio más adecuado para almacenarlas.

La polémica de la donación

Al término de la gestión de Rivero Serrano, fue elegido como rector Jorge Carpizo, quien fue invitado por el director al Instituto para enterarlo del proyecto del acelerador. En enero de 1985, acudió al Instituto el rector, acompañado de Carlos Salinas de Gortari (entonces funcionario del SAT). Ese día, por cierto, el vigilante del Instituto, siguiendo el protocolo de visitas y sin saber que se trataba de tales personajes, pidió que se registraran para darles acceso.

Para la fortuna de todos los involucrados, el nuevo rector avaló el compromiso verbal de su antecesor y decidió apoyar la construcción del edificio del acelerador. El ingeniero Mazari tuvo la responsabilidad del diseño y supervisión de la elaboración de los planos de la obra civil del edificio, cuya construcción se inició a mediados de 1985 y se terminó en julio de 1986.

El rector Carpizo inauguró el edificio del acelerador el 26 de agosto de 1986. Ese día, se informó oficialmente que se había inaugurado el laboratorio del acelerador. Posteriormente, en diciembre de 1988, el doctor Yacamán dedicó el edificio del acelerador al doctor Carlos Graeff Fernández, quien fuera director del IFUNAM y uno los pioneros de la ciencia en México.

Inauguración del edificio del acelerador, en agosto de 1986.

Parte de la historia sobre la instalación del acelerador donado muestra que existió una gran controversia, no sólo del personal académico del IFUNAM sino también de investigadores de otros institutos que opinaban que la aceptación de la donación había sido errónea.

Las grandes componentes del acelerador depositadas en los jardines del IFUNAM sorprendieron a la mayoría del personal de este Instituto que no estaba enterado del proyecto. Los motivos para criticar negativamente al proyecto eran diversos y uno de ellos se debió a la falta de información para la mayoría de los miembros del IFUNAM.

También se mencionaba que el acelerador donado, además de ser un equipo muy antiguo (31 años en 1984), era obsoleto para la investigación en Física Nuclear experimental, ya que la mayoría de las universidades que tenían aceleradores similares los habían cerrado.

Otro factor que incidió en la opinión en contra del acelerador, se debió a que el director tomó la decisión de cerrar el laboratorio del Acelerador Dinamitron, un equipo donado al IFUNAM en 1963 por el gobierno de los Estados Unidos. El Dinamitron era un prototipo que tenía defectos de diseño y nunca fue posible lograr que funcionara en el Instituto. Miembros del IFUNAM consideraron incongruente aceptar un acelerador más antiguo que el Dinamitron.

Algunos de los argumentos desfavorables a la instalación del acelerador donado se pueden considerar válidos, pero muchos miembros del Instituto ignoraban los nuevos usos de los aceleradores de bajas energías que se habían venido dando desde la década de 1960, entre otros, el uso de técnicas de origen nuclear para el análisis de materiales. Este tipo de actividad en el idioma inglés se identifica como Ion Beam Analysis y desde esa época existían a nivel mundial cientos de investigadores activos en dicho campo.

El interés de las nuevas aplicaciones hizo que nacieran nuevas compañías con modernas tecnologías para fabricar aceleradores de bajas energías y satisfacer la demanda. Dos de las más importantes son: National Electrostatic Corporation (NEC) y High Voltage Engineering Europa (HVEE). Cada una de estas compañías ha vendido más de 250 aceleradores.

Debido a los nuevos usos de los aceleradores de bajas energías, es interesante mencionar que en 1994 el IFUNAM compró un acelerador para la implantación de iones denominado Pelletron (NEC) y posteriormente un Acelerador para Espectrometría de Masas (HVEE) instalado en 2013 para la medición de 14C.

Cuando la torre del edificio del acelerador tenía ya en un buen avance de construcción (a principios de 1986), muchos de los investigadores aún desconocían los objetivos científicos del nuevo laboratorio, por lo que el director del IFUNAM invitó a Andrade a dar una conferencia al respecto a la comunidad del IFUNAM.

En una conferencia muy concurrida que llenó por completo la ahora Sala de de Eméritos, Andrade explicó que los objetivos de la instalación del acelerador no era establecer un programa de investigación en Física Nuclear sino el de implementar nuevos usos para este tipo de aceleradores, principalmente el de técnicas de análisis de materiales por bombardeo con iones. Aunque hubo escepticismo de algunos asistentes, la mayor parte de la comunidad fue receptiva al mensaje.

Una instalación hecha en casa

El Laboratorio del Acelerador Van de Graaff de 5.5 MV del IFUNAM es de los equipos más grandes y complejos de la UNAM. El edificio para albergarlo fue construido exprofeso y consiste en una torre de cerca de 30 m de altura y una superficie de unos1000 m2 de construcción.

La instalación de este acelerador fue considerada como un mega proyecto por su complejidad y de alto riesgo por la alta posibilidad de que no llegara a completarse y que el edificio del acelerador se convirtiera en “un elefante blanco”.

Maniobras durante la instalación del acelerador

El proceso de la instalación del acelerador se pueden considerar cuatro etapas y fueron las siguientes: 1) El desarme del acelerador y equipos periféricos, su embalaje y transportación; 2) Diseño y construcción del edificio del acelerador; 3) Introducción de las componentes del acelerador dentro del edificio; y 4) Armado del acelerador y equipos periféricos y pruebas de operación. En este video se ilustran algunos aspectos del complicado trabajo realizado.

Los otros cuatro aceleradores instalados en el Instituto se hicieron bajo el concepto de “llave en mano”, que significa que el proveedor de estos equipos los instala y los entrega funcionando. A diferencia de estos, la instalación del acelerador donado se llevó a cabo sin recurrir al apoyo exterior y se realizó sólo con personal del IFUNAM, destacándose la participación de Margarito Feregrino, Eustacio Perez y Karim López.

De cómo la instalación del acelerador propició el edificio de la biblioteca

Parte del éxito de la instalación del acelerador, fue la participación de Alejandra Jáidar quien, como jefa del Departamento de Colisiones, promovió y consiguió apoyos financieros de diferentes fuentes (Conacyt, Instituto de Investigaciones del Petróleo, DGAPA, entre otros). En particular, Alejandra consiguió que el ingeniero Gilberto Borja, presidente de ICA (Ingenieros Civiles Asociados) concediera apoyos que fueron cruciales para el laboratorio.

Fue también logro de Alejandra Jáidar en sus negociaciones con Borja que el Instituto de Física tenga hoy una de las bibliotecas en temas relacionados con la física más importantes del país.

Un día, Alejandra organizó una comida en la cual le entregó a Gilberto una medalla para agradecerle sus apoyos. En plena entrega, Alejandra le dijo: “Gilberto, el aceptar esta medalla te va a salir muy caro, el precio es una biblioteca para el IFUNAM”. Él sonrió y adquirió el compromiso. Este es el origen por el cual el auditorio de nuestro Instituto lleva el nombre de nuestra querida Alejandra Jáidar.

Gilberto Borja en la comida donde recibió la medalla de agradecimiento y la petición de Alejandra Jáidar de construir el edificio de la biblioteca del IF.

Uno de los momentos más emocionantes para el grupo que participó en la instalación del acelerador, fue la primera vez que se logró su funcionamiento, ocurrido el 28 julio de 1988. De inmediato, el equipo llamó por teléfono a Alejandra, quien debido a una enfermedad terminal había dejado de asistir al Instituto y al escuchar la noticia lloró emocionada por este acontecimiento.

La ciencia y los personajes que trajo el acelerador

El uso sistemático del acelerador en proyectos de investigación se inició en 1990, cuando se logra equipar al laboratorio con la instrumentación mínima para establecer algunas de las técnicas de origen nuclear para el análisis de materiales, lo que permitió establecer exitosos proyectos de investigación interdisciplinaria con la participación de grupos de científicos de varias instituciones, entre las que se destacan: IIM, CINVESTAV, CIMAV, ININ, UAM, INAH, CUCEI de la U. de G. e internacionalmente con el OIEA, la Universidad de Valencia, la Universidad de Arizona y el Instituto Nuclear de Portugal, entre otros.

Muestra irrefutable del éxito de los proyectos desarrollados en este acelerador la constituyen más de 120 artículos publicados principalmente en revistas de ciencias de materiales. Su relevancia puede apreciarse por el número de citas bibliográficas acumuladas que ya rebasa las 1,300. Solo uno de estos artículos cuenta con más 260 citas y recibió la distinción Thomson Reuter.

Muchos estudiantes a nivel de doctorado, maestría y licenciatura han utilizado el acelerador para realizar experimentos cuyos resultados los utilizaron en sus tesis. El financiamiento para el equipamiento y gastos de mantenimiento del acelerador se logró con la aprobación de doce proyectos de investigación: tres del CONACYT, seis de DGAPA-PAPIIT y tres del OIEA.

Reconocimientos por los resultados de las investigaciones logradas en el acelerador, ha sido la Medalla Fernando Alba otorgada a Eduardo Andrade. A nivel internacional, el OIEA nombro a Andrade Miembro del Comité Mundial de Energía Atómica para evaluar el proyecto de instalación de un acelerador de este organismo.

El álbum de fotografías en el laboratorio del acelerador llenaría una pared entera, con imágenes de visitantes distinguidos como Manuel Ortega, director del Conacyt en 1989; los ex rectores de la UNAM, Jorge Carpizo, José Sarukan y José Narro; el premio Nobel de Física de 1988, León Lederman; Ernesto Zedillo, cuando era Secretario de Educación; Eliesh O´Neal Lane, quien fue director de la National Science Fundation durante los ocho años de la presidencia de Clinton.

Visitantes distinguidos al edificio del acelerador Carlos Graef Fernández.

El acelerador 5.5 es emblemático no solo para la UNAM, sino para el país. Prueba de ello es el mural que pintó Arturo García Bustos en la estación terminal del metro Ciudad Universitaria, con el título “La UNAM en el Umbral del Siglo XXI” y en el que el acelerador tiene un papel importante en la representación de la producción científica universitaria.

Mural de Arturo García Bustos en la estación terminal del metro de Ciudad Universitaria.

También, el acelerador ha sido motivo de varias coberturas por parte de diversos medios de comunicación:

Un acelerador con mucha vida

El acelerador Carlos Graef ha sido pionero en México en el uso de las técnicas establecidas para el estudio de objetos del patrimonio cultural de la nación, principalmente con la colaboración de investigadores del INAH, con quienes se ha realizado algunos proyectos interdisciplinarios.

“La tercera vida del acelerador” ya se inició hace 3 años con la renovación del área experimental debido a la instalación de un imán analizador de energías (de 7 toneladas de peso) con capacidad de producir campos magnéticos hasta 1.6 teslas y de un imán selector (switching magnet) con capacidad de desviar el haz a 7 diferentes direcciones fijas.

Comparación de la sala de experimentación entre "la segunda y tercera vida" del acelerador.

La renovación fue posible por un financiamiento de infraestructura CONACYT-UNAM. Debido a ella, varios investigadores se han incorporado a él y han establecido líneas de investigación en: 1) Física de positrones, 2) Física de neutrones, 3) Astrofísica Nuclear 4) “PIXE” y 5) Blanco de gas.

El actual director del Instituto de Física, Manuel Torres reinauguró las nuevas facilidades del laboratorio con la certeza de que el uso de esta infraestructura renovada será productiva científicamente por mucho tiempo.

Nota del autor: Agradezco la colaboración en la edición del presente artículo a Aleida Rueda, Luis Novoa y Mariana G. Sixtos, de la Unidad de Comunicación del IFUNAM.

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