L'impacte de les grans infraestructures científiques en el ...formacio.fmc.cat/09/fitxers/seminaris/14.0002/4.1... · Gruix de les parets del laberint 0.7 m Gruix de les parets del

L'impacte de les grans infraestructures científiques en el model de ciutat El cas del sincrotró ALBA en el marc del projecte de Centre Direccional de Cerdanyola del Vallès

Dr. Josep Campmany

2/63

Josep Campmany www.albasynchrotron.es 06/06/2014

1Què és i per a què

serveix un sincrotró

2Com funciona i com

s’utilitza un sincrotró

3Requerimentstècnics de la

infraestructura

4Encaix del sincrotróal Centre Direccional

3/63


1 Què és i per a què serveix un sincrotró

Un sincrotró és unafàbrica de llum

Quina llum? RAIGS-X

Per què volem raigs X?Per investigar materials

4/63



• Materials en forma de mostres molt petites (cèl·lules, mol·lècules, àtoms)

• Materials molt densos i impenetrables (necessiten raigs X molt energètics)

• Materials molt lleugers i amb poc contrast (raigs X poc energètics i polaritzats)

• Materials sotmesos a processos de canvi (fer anàlisis en breus instants)

• Per conèixer «de què està fet» un material (composicions químiques)

• Per saber «com està fet» un material (estructura i disposició dels àtoms)

• Per esbrinar «com funciona» un material (reaccions, canvis, desgasts)

Què volem investigar?

Amb quins problemes ens trobem?

5/63


Moltes recerquesnecessiten raigs X

«especials»Els tubs de raigs X de dentistes o

metges moltes vegades no serveixen

Necessitem raigs X fabricats en un sincrotró• Raigs X extremadament fins, d’unes 100 micres (el diàmetre d’un cabell humà)

• Raigs X de moltes energies, de l’infraroig als raigs X durs (llum «blanca»)

• Raigs X puntualment 1.000.000 vegades més intensos que el Sol (brillantor)

• Raigs X polaritzats (la interacció amb el material depèn de l’orientació)


6/63



Generacióde Raigs X

Realitzaciód’experiments

Acceleradorde partícules(Sincrotró)

Utillatge experimental (Línies de llum)

+Investigadors

(Oficina d’usuaris)

7/63



~160 persones en plantilla (175 en total)

~180 grups usuaris el 2013(~600 usuaris per a 7 línies experimentals)

8/63



3

6

1

1

5

4025 1545 33

Gestió

Divisions científiques Divisions de suport

45%37%

18%

9/63



USUARIS 2013

• Catalunya: 33%

• Espanya: 45%

• Europa: 22%

• Món: 2%

10/63



Resum• Un sincrotró és una fàbrica de raigs X

• Els raigs X es produeixen amb acceleradors

• Aquesta llum s’utilitza per experimentar en materialsBiologiaQuímicaPatrimoni cultural i naturalMaterials electrònics o magnèticsCristalografia macromolecular (proteïnes, farmàcia)Ciència de materialsMaterials biològics i matèria condensada lleugeraInstrumentació

• El sincrotró és un servei a usuaris externs

11/63


2 Com funciona i com s’utilitza un sincrotró

Llum de sincrotró• És una propietat de la natura:

«quan una partícula carregada s’accelera o es frena, emet radiació»

• Deduïda teòricament l’any 1900, experimentada el 1947

Forma de la llum emesa

Pinzell molt petit (brillantor; 0.1 mm de diàmetre)

cortesiade Josep

Nicolàs

12/63


IR UV

La llum són ones electromagnètiques. Les ones poden tenir baixa energia (amplitudsgrans, freqüències baixes) o d’alta energia (baixa amplitud, alta freqüència)

RX RγMWRFAC

50Hz MHz

m mm μm nm pmKm

GHz THz

2eV 1KeV 1MeV

Ones de ràdio Microones Visible

ALBA

Infraroig Ultraviolat

Raigs X Raigs gamma

13/63


DifraccióReflexió

Fotoemissió

Dispersió a angles baixos

Dispersió

Fluorescència

Feix de llum

MOSTRA

Interacció de llum amb

matèria

Informació sobre propietats de la mostra

Absorció

Imatges


14/63


Complex ADN-proteïna

DifraccióCristal·lografia de proteïnes


Difracció

Altes pressions

Materials, acers

Raigs x

Raigs

X difractats

1.000.000 atm.

15/63


Presa d’imatges

Tomografia cel·lular

Microscopia de contrast de fase

Dispersióangles baixos

Estructura de polímers

Estructura delsmúsculs


16/63


133 sec33 sec 99 sec

FotoemissióFluorescència

Catalitzadors

Contaminants


AbsorcióMaterialsmagnètics

17/63


Resum• Producció de raigs X molt intensos, focalitzats i d’ampli espectre

• Recerca interdisciplinar: qualsevol material

• Camps puntera:

Cristal·lografia de proteïnes

Materials magnètics

Polímers, plàstics, teixits orgànics

Catalitzadors

Acers, ciments, materials en general


18/63


Accelerador Línies de llum

Mostres

~200 m

~40 m

~100 m

3 Requeriments tècnics de la infraestructura

19/63


Anell d’emmagatzematge

Accelerador lineal (LINAC)

Anell propulsor

El plànol

Laboratoris auxiliars


20/63


Oficines

Laboratoris

Hall d’experiments

Àrea de servei

LaboratorisLínies de llum

Estacionsexperimentals

Accceleradors


21/63


ALBA June ‘07

Taller mecànic

Subministramentelèctric

Refrigeració i airecondicionat

OficinesAparcament

Magatzem

Edifici principal


22/63


Taller mecànic

Subministramentelèctric

Refrigeració i airecondicionat

OficinesAparcament

Magatzem

Edifici principal

5 November 2012


23/63


Característiques

3. Es generen raigsX molt intensos

1. Els electrons s’adhereixen molt fàcilment a qualsevol cos

4. El feix de llum és moltprim i la mostra és lluny

Ultra-alt buit (1/1000.000.000.000 atm)Cambra (tub) de buit

Perill d’irradiació – protecció radiològicaBúnquer (túnel)

2. Per fer girar els electronss’usen electroimants

Corrents molt elevades – fonts de potènciaRefrigeració (aigua desionitzada)

Estabilitat mecànica: vibracions i deformacionsLlosa estructural, control de temperatura, vibracions

Requeriments


24/63


Cambra (tub) de buit

bombes de buit


25/63


Refrigeració (aigua desionitzada)


26/63


Secció del túnel

3.2 g/cm3Densitat del formigó baritat

2.4 g/cm3Densitat del formigó

19Nombre de parets frontals i laterals

1.5 mGruix de la paret frontal

0.7 mGruix de les parets del laberint

1 mGruix de les parets del LINAC

1.4 mGruix del sostre a la injecció

1 mGruix del sostre

1.25 mGruix de paret lateral a la injecció

1.65 mGruix de paret interior a la injecció

1 mGruix de paret interior i lateralBúnquer (túnel)


27/63


Detall de la part superior de les parets laterals del túnel d’ALBA, tant interior com exterior

Paret Interior

Paret Exterior - Lateral

Paret Exterior - Frontal

Sostre del laberintd’accés del personal

Cornisa per al sostre

Búnquer (túnel)


28/63


imants

Laboratoris

experimentals

Produccióde llum

~40 mESTABILITAT

• Tèrmica

• Vibracions

• Desplaçaments


29/63


Argiles quaternàries

Llosa estructural


30/63


Llosa estructural


31/63


Llosa estructural

Sòl verge

15 cm formigó pobre

2 m de grava

1 m formigó (llosa crítica)


32/63


Fonamen de l’edifici del sincrotró ALBA, on s’aprecia la base de 15 cm de formigó pobre i l’inici de l’aplicació de la capa de grava que està dessota la llosa crítica

Galería de Servei

GravaCapa de 15 cm de formigó

pobre


33/63


Galeria de Servei

Grava

Corona circular (Llosa Crítica)

Zona per a l’Edifici Tècnic

Vista general dels fonaments de l’edifici del sincrotró ALBA, on s’aprecia el final de l’ aplicació de la capa de grava que està dessota la llosa crítica

Sortida del passadís per a vianants


34/63


Dos moments de l’execució del terra del Túnel-Àrea de Servei-Hall Experimental (Llosa Critica): (a) amb el forjat a lloc i (b) amb el formigó assecat

(b)

(a)

Forjat de la ParetExterior - Lateral

Forjat de la ParetInterior

Trinxeres


35/63


control de temperatura


36/63


Paret Exterior - Lateral Paret Interior

Laberint d’accés per al personal

Hall Experimental- EH Túnel ALBA Àrea de Servei - SA


37/63




Trinxera

Entrada de potència

Cornisa per al sostre

Hall Experimental- EH

Túnel ALBA


38/63



Paret Exterior - Frontal

Orifici per a sortida de llum

Orifici per aliniar

Sostre (3 capes-140 cm)

Hall Experimental - EH


39/63



40/63


μμ


41/63



EF 160EF 203

EF 316EF 94

+6.8 ─> +1.1-2.1 ─> -0.4-1.2 ─> -0.2+0.5 ─> +0.1

Movimentanual

Mesura d’estabilitat 2012-2014 al llargd’una línia de llum

distàncies en mm

Punt proper a sortida EF 304 0.982.07

Punt proper a experiment – EF 160 3.06

Distància entre els dos punts (mm) 22.572

0.5 mm / 10 m / 1 any

EF 160 EF 304

160 EF304 EFΔZ2014

2012ΔZ

(0.25)

42/63


X Y Z Magnitud

Mínim -0.86 -0.66 -1.79 0.13

Màxim 0.66 0.68 3.25 3.29

Mitjana 0.00 0.00 0.30 0.98

Desviació 0.35 0.30 1.03 1.13


(2.5 x 2 = 5.0)MOVIMENT

2012-2014

43/63


vibracions


44/63


control de temperatura


45/63



6.660 equips en control remot

716 tipologies diferents d’equips electrònics

374 armaris electrònics de control

18.678 cables en total

5.745 cables interns dins dels racks

352 configuracions diferents de cablejat

14.636 cables estesos en safates

167,83912 km longitud de cables estesos

Tot el control dels acceleradors i de les línies de llum s’ha de realitzar de forma remota, per evitar els perills dels raigs X.

Això implica una gran complexitat en computació, cablejat i electrònica.

Potència elèctrica consumida (7 línies de llum)

3 MW

46/63



Central de cogeneració

47/63



Requeriments d’entorn:

- Netedat ambiental

- Indústries no pesants

- Llunyania a fonts de vibració elevada

- Existència d’allotjaments

- Accessibilitat fàcil amb camió

- Connexió fàcil amb autopista

- Accés amb transport públic

- Existència de parc d’habitatges / apartaments de lloguer

- Proximitat a instituts de recerca i centres tecnològics

48/63



Resum• Gran complexitat tècnica: control, alta tecnologia mecànica, buit

• Requeriments d’estabilitatEn temperaturaEn vibracionsEn estabilitat

• Requeriments de consum: aigua freda, potència elèctrica

• Requeriments d’entorn: accessibilitat, serveis, entorn net de vibracions

49/63


4 Encaix del sincrotró al Centre Direccional

Projecte inicial de Centre Direccional (2002)

50/63



Projecte pactat de Centre Direccional (2004)

51/63



Aprovació inicial Pla Parcial

30 de novembre de 2004Al·legacions

• Qualificació especial (sistemes)• Prohibició d’activitats productores de vibracions a partir del 01/01/2009• Necessitat d’estudi d’impacte d’una eventual prolongació línia FGC subterrània• Singularitat edificatòria subjecte a informe de tècnic municipal

Cossos sortintsTanques i baranesMaterials constructiusAlçària màxima

• Obligatorietat de minimitzar les vibracions en la planta de cogeneració• Urbanització de la parcel·la per fases• Impacte en les xarxes de subministrament previstes inicialment• No prioritzar el trasllat de l’estació de RENFE, o si es fa estudiar-ne l’impacte• Simplificació de la vialitat de l’entorn

Carrer perimetral de trànsit mínimÀbsència de trapes o bandes rugosesSimplificació xarxes d’aigua calenta i freda i recollida pneumàtica de residus

52/63



PP del Centre Direccional (2006)

53/63



54/63



55/63


4,000INVESTIGADORSPARC DE RECERCA UAB

1,500ESTUDIANTSESADE BUSINESS SCHOOL

40,000 ESTUDIANTSUNIVERSITAT AUTÒNOMA

170 COMPANYIESPARC TECNOLÒGIC DEL VALLÈS

22,000 COMPANYESA L’ENTORN DE L’AUTOPISTA E15BARCELONA <->EUROPA

2,000INVESTIGADORS L’ANYSINCOTRÓ ALBA (2020)

40,000PROFESSIONALSPARC DE L’ALBA

70COMPANYESESADE CREAPOLIS

PRUAB

UAB

ESADE

PTV

E15 ALBA

PRUAB


56/63


340 haSUPERFÍCIE TOTAL

65% ÚS PÚBLOC

50% ZONES VERDES

3,500 UNITATS RESIDENCIALS

(10,000 RESIDENTS)

40% HABITATGE PÚBLIC

1.3 Mm2

ESPAI PRODUCTIU

(40,000 TREBALLADORS)

70% SOSTRE EDIFICABLE PÚBLIC

180 ha ZONES VERDES

25 ha Instal·lacions

0.1 Mm2 ESPAI COMERCIAL

1.9 Mm2

SOSTRE EDIFICABLE POTENCIAL

70% PRODUCTIU

24% RESIDENCIAL


57/63


Oportunitats de negoci

• Contractes de subministrament i serveis

• Adquisició de Tecnologia (Compres, Tecnologies disponibles, Projectes

de col·laboració, etc.)

Enginyeria civil i sistemes de seguretatElectroimans

Fonts d’alimentació

RefrigeracióMaterials elèctricsMecànica de precisió

Electrònica i RadiofreqüènciaTècniques d’Ultra-Alt BuitSistemes de diagnòstic

InstrumentacióAcceleradorsLínies de llumDispositius d’Inserció (Wigglers i Onduladors)

Computació i controlSoftwareHardware

Sistemes òpticosServeisCriogènia


58/63


Anàlisi cost-benefici i impacte socioeconòmic(Prof. José García Montalvo)

• Resultats comparables als sincrotrons de Canadà i Austràlia• En un escenari bàsic (taxa de descompte 4% i inflacció 2.5%)

– Valor actualitzat net de 140.9 M€– Taxa interna de rendabilitat del 9.4%

• Impacte de la fase de construcció (2003-08)– Impacte sobre la producció de 266 M€ (de 2003) – Augment del valor afegit de 140 M€– Mitjana anual de 463 llocs de treball directes i indirectes

• Impacte de la fase de funcionament (2009-2033)– Impacte sobre la producció de 735 M€– Augment del valor afegit de 417 M€– Mitjana anual de 257 llocs de treball directes i indirectes


59/63


Sincrotró ALBA2 edificis tecnològics La Caixa


TS systemsEdifici tècnic Enginyeria SENER

60/63



61/63


• Despesa total de 201 M€ corrents (inclou personal i funcionament 2003-2009)

• A partir de 2010, despesa anual de 16 M€• Nombre de persones: 175

• Més de 1000 usuaris/any esperats per a les 7 línies de llum aprovades

• Atracció de companyies i de noves inversions tecnològiques (XFEL, Centre de Biologia Estructural,…)


90 M€ (?)95 M€ (?)

62/63


Resum

• Integració a l’entorn: econòmica i urbanística

• Potencial educatiu: economia del coneixement

• Oportunitat de negoci: pol d’atracció industrial i de recerca d’alt valor afegit

• Elevat retorn (~ 300%)

63/63


Gràcies per la vostra atenció!

AGRAÏMENTS: R. Pascual, G. Garcia, M. Llonch, X. Queralt, A. Martínez, S. Ferrer, M. Pont, J. Nicolàs, personal d’ALBA i Consorci del Centre Direccional de Cerdanyola

Documents

L'impacte de les grans infraestructures científiques en el ...formacio.fmc.cat/09/fitxers/seminaris/14.0002/4.1... · Gruix de les parets del laberint 0.7 m Gruix de les parets del