Sincrotrón ALBA
El Sincrotrón ALBA ha desarrollado un nuevo sistema de vigas (girder) diseñado para cumplir con los exigentes requisitos de estabilidad mecánica de ALBA II, el proyecto de renovación de la instalación. Los girders son estructuras clave que soportan imanes, cámaras de vacío y sistemas de diagnóstico, garantizando su alineación precisa a lo largo del acelerador.
En los aceleradores de partículas, los girders son estructuras mecánicas críticas que deben mantener la posición de los componentes con precisión micrométrica, minimizando las desviaciones y vibraciones que podrían degradar la calidad del haz. Hasta las más mínimas vibraciones o desviaciones mecánicas pueden afectar la trayectoria y las propiedades del haz de electrones, lo que repercute considerablemente en el haz de fotones que llega a las líneas de luz.
Estos girders deben proporcionar una excelente estabilidad frente a las vibraciones externas, una buena estabilidad térmica, una precisión de ajuste alta y todo ello con costes de fabricación aceptables.
Mientras que en la actualidad el anillo de almacenamiento de ALBA funciona con 264 imanes distribuidos en 32 girders, el futuro anillo integrará 760 imanes en 80 girders dentro de la misma circunferencia, aumentando drásticamente la densidad de los componentes con una distancia entre imanes de tan solo 10 mm. El hecho de que sea tan compacto impone limitaciones adicionales, como tolerancias espaciales más estrictas entre los componentes y márgenes reducidos para errores de alineación.
Para afrontar estos desafíos, el nuevo sistema de girders debe lograr una precisión de posicionamiento del orden de 50 micrómetros entre imanes adyacentes, manteniendo una estabilidad a largo plazo a pesar de los cambios ambientales y estructurales, como la deformación de la losa sobre la que reposan los equipos o los cambios de temperatura.
Arriba el girder actual de ALBA con la configuración de imanes y debajo el nuevo sistema para ALBA II.
Ingeniería avanzada para una estabilidad y un ajuste de alta precisión
En palabras de ingeniero Javier Boyer, quien coordina el diseño y la validación de este nuevo sistema de girders, "diseñar el sistema de girders para ALBA II requiere equilibrar dos requisitos contrapuestos: máxima rigidez para suprimir las vibraciones y capacidad de ajuste muy fina para permitir una alineación precisa."
Girder showing the plinth, the positioning system and the frame.
Como se muestra a la izquierda, el girder se divide en 3 partes principales: el pedestal, que actúa como soporte; el sistema de posicionamiento, que consta de la mecánica para el posicionamiento vertical y de cabeceo; y el bastidor, que es la parte móvil que soporta el conjunto completo de imanes, el sistema de vacío y los componentes de diagnóstico.
El nuevo girder incorpora diversas soluciones avanzadas de ingeniería:
- Estructuras de acero soldadas de alta rigidez, optimizadas para minimizar la deformación estática y aumentar las frecuencias naturales, garantizando que superen ampliamente el rango de vibración típico de 50 Hz asociado a sistemas de infraestructura como bombas y compresores.
- Sistema de posicionamiento con múltiples grados de libertad que permite un ajuste controlado en las seis direcciones espaciales (tres traslaciones y tres rotaciones).
- Mecanismos de precarga y bloqueo que mejoran la estabilidad estructural una vez alcanzada la alineación.
- Sistemas de monitorización integrados para el seguimiento de la estabilidad posicional.
El proceso de ajuste consta de tres pasos principales:
- La estructura superior se fija al pedestal mediante conexiones preinstaladas.
- El ajuste fino se realiza utilizando cuñas comerciales y tornillos de rosca fina de tipo push-and-pull.
- Una vez alineada, la viga permanece firmemente conectada mediante las uniones pretensadas.
Los girders han sido diseñados con un enfoque modular. Esto ofrece varias ventajas, como un menor tiempo de instalación, una mayor uniformidad en la alineación (gracias a la preintegración de los componentes) y mecanismos de transporte y manipulación simplificados. El concepto modular es fundamental para cumplir con el ajustado calendario del proyecto de ALBA II, garantizando al mismo tiempo una alta precisión durante la instalación.
Prototipado y validación en condiciones reales
Para validar el diseño, Nortemecanica, una empresa española ubicada en Carreño (Asturias) ha sido adjudicataria del contrato para construir dos prototipos a escala real. Los prototipos se entregaron en diciembre de 2025 y se sometieron a pruebas exhaustivas para evaluar su rendimiento mecánico y su capacidad de alineación.
Instalados en el área experimental del Sincrotrón ALBA, los prototipos están siendo evaluados en condiciones que reproducen fielmente el entorno de operación del acelerador. Esto permite a los equipos de ingeniería analizar el comportamiento vibracional, la deformación estructural y la precisión de alineación antes de finalizar el diseño para la producción en serie.
Se ha comprobado que uno de los parámetros más críticos (la planitud de la superficie superior del marco) mide 0,06 mm, por debajo de la especificación de 0,10 mm. Javier Boyer se declara sumamente satisfecho con el trabajo realizado por Nortemecanica.
Preparando la infraestructura para ALBA II
ALBA II es el proyecto de renovación que transformará el Sincrotrón ALBA en un instalación de 4a generación, proporcionando una luz de sincrotrón aún más brillante y coherente con mayor resolución. El proyecto, aprobado formalmente en 2025, prevé estar listo para la comunidad de usuarios en 2032.
El futuro anillo de almacenamiento de ALBA II estará compuesto por 760 imanes, montados sobre 80 girders que conformarán una circunferencia de 268,8 m con simetría de orden dieciséis. Los girders soportarán los imanes, las cámaras de vacío y los sistemas auxiliares en todo el acelerador.
El desarrollo de este nuevo sistema de girders es un paso clave en la preparación de la infraestructura necesaria para ALBA II. Al garantizar una estabilidad mecánica extrema y una alineación precisa, el nuevo sistema de girders permitirá las mejoras de rendimiento que caracterizan a ALBA II.
En la imagen se muestra el girder en las instalaciones del fabricante.
Los prototipos de girder instalados en el área experimental de ALBA con los imanes de prueba preparados para su análisis.
Los prototipos se han desarrollado gracias al proyecto "Desarrollo de Tecnología avanzada para ALBA II" (Ref.- ALBA01 Next Generation funding (Mecanismo de recuperación y resiliencia)), que apoya los avances tecnológicos necesarios para la próxima generación de la instalación.