revistatec2_suplemento_laseres

Rodolfo Petriz

LUZ DE CIENCIA EL LÁSER EN ARGENTINA Y LA HISTORIA DEL DEILAP DEPARTAMENTO DE INVESTIGACIONES EN LÁSERES Y APLICACIONES-CITEDEF

INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PARA LA DEFENSA

AUTORIDADESMINISTERIO DE DEFENSADr. Arturo A. PuricelliMinistro de Defensa

Lic. Alfredo W. FortiSecretario de Asuntos Internacionalesde la Defensa

Lic. Oscar Julio CuattromoSecretario de Estrategia y Asuntos Militares

Lic. Mauro VegaSecretario de Planeamiento

Lic. Carlos Esquivel EspejoJefe de Gabinete

Dra. Mirta S. IriondoSubsecretaria de Investigación Científicay Desarrollo Tecnológico

Ing. Eduardo Anselmo FabrePresidente del Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CITEDEF)

Christian NotzDirector de Comunicación Social

CRÉDITOS

Editor responsable

CITEDEFInstituto de Investigaciones

Cientificas y Técnicas para la Defensa

San Juan Bautista de La Salle 4397 (B1603ALO)

Villa Martelli - Buenos Aires - ArgentinaTelefono 4709-8100 / 8220

[email protected]

Coordinación GeneralMariana Vaiana

AutorRodolfo Petriz

EditorEsteban Magnani

FotografíasSergio Dutruel

Archivo DEILAP

Diseño e impresión

Buenos Aires, Ago. 2012ISSN: 2313-9846

ÍNDICE

006 Prólogo Dr. Arturo A. Puricelli Ministro de Defensa

009 Introducción Rodolfo Petriz

010 Década del sesenta012 I. Orígenes014 II. Equipamiento017 III. Primeras aplicaciones de interés militar

022 Década del setenta024 I. Continuidad026 II. Contexto nacional y latinoamericano027 III. Grupo Láser029 IV. Láseres Gaseosos033 V. Láseres de estado sólido035 VI. Láseres de colorantes037 VII. Separación Isotópica

040 Década del ochenta042 I. Consolidación044 II. Contexto nacional045 III. Bisturí láser048 IV. Trabajos urgentes050 V. Desarrollo de láseres051 VI. Separación isotópica

054 Década del noventa056 I. Permanencia057 II. Actividades en el DEILAP058 III. Desarrollo de láseres060 IV. Aplicaciones

068 Siglo XXI070 I. Presente y futuro070 II. Actualidad072 III. Láseres para el nuevo mileño076 IV. Técnicas de separación isotópicas086 V. Sensado remoto de parámetros atmosféricos094 VI. Técnicas espectroscópicas para el cuidado ambiental 102 VII. Estudios en espectroscopía atómica104 VIII. Óptica cuántica y manejo de la información

108 Epílogo Mirando al futuro

6

PrólogoDr. Arturo A. PuricelliMinistro de Defensa

A mediados de la década del ’60 comenzó a gestarse, gracias a un grupo de in-vestigadores con visión de futuro y al decidido apoyo del Estado Nacional a través de las instituciones científicas pertenecientes a la cartera de Defensa, uno de los primeros laboratorios de estudios en láser de nuestro país: el Grupo Láser de CITEFA, el actual CITEDEF. Con el paso de los años, lo que comenzó como un pe-queño grupo de científicos preocupados por asimilar los adelantos mundiales en láser en beneficio de la defensa y la ciencia argentina, se convertiría en uno de los centros de investigación más importantes de la historia nacional en esta ma-teria, el Departamento de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (DEILAP).Este libro, segundo suplemento de la Revista TEC 2, nos invita a conocer su historia, y a través de ella, a revisar algunos de los avatares que sufrió el sistema científico nacional durante los últimos 50 años. En este sentido, esta es la historia del esfuerzo mancomunado de un conjunto de hombres y mujeres de ciencia que se convirtieron en actores cruciales de un proceso de acumulación de conocimiento, que en los días que corren, sigue dando frutos. Este proceso se profundizó con la presencia de un Estado activo, que desde el año 2003 con la llegada del ex presidente Néstor Kirchner –y que continúa hoy la presidenta Cristina Fernández de Kirchner- cambió el paradigma de la década del noventa, en la que el ex ministro de economía Domingo Cavallo descalificó a los científicos argentinos mandándolos “a lavar los platos”.La nueva política de desarrollo productivo autónomo que, gracias al decidido apoyo del Gobierno Nacional, irrumpió desde el 2003 en el panorama argentino, le dio un renovado impulso a la investigación y a la consolidación de proyectos destinados a recuperar la independencia y la soberanía científica, abriendo nuevos horizontes de crecimiento para el país y la región.Hoy, que desde la Unión de Naciones Suramericanas (UNASUR) se privilegia la integración regional en los más variados ámbitos, nos encontramos fren-te al desafío de potenciar nuestras capacidades tecnológicas. El propósito de fortalecer el desarrollo autónomo de nuestros sistemas productivos junto al compromiso ineludible de mejorar las condiciones de vida para nuestras na-ciones, transforma los escenarios de progreso en una realidad palpable. Para ello es fundamental la colaboración de los distintos organismos que tienen a su cargo la responsabilidad de impulsar políticas y llevar adelante investigaciones que nos per-mitan cumplir con los objetivos estratégicos de este nuevo sendero de progreso social y económico que se han trazado los pueblos de nuestra Sudamérica toda.

7

En este contexto, la historia del DEILAP merece su capítulo. Las investigaciones cientí-ficas en la Argentina encontraron siempre al CITEDEF como uno de sus colaboradores destacados. Junto con ello, el DEILAP ocupó un lugar de gran relevancia en los desarro-llos de tecnologías láser que se impulsaron desde la Argentina hacia América Latina. Gran parte de las investigaciones que en la actualidad se llevan adelante en los laboratorios del DEILAP son de gran importancia para áreas sensibles del Sistema de Defensa Regional.Sin embargo, el rol que cumple, y que está llamado a cumplir el DEILAP de cara al futuro, sería impensable sin el cúmulo de experiencias pasadas. En los saberes que forman parte de la actividad cotidiana del departamento se encuentran se-dimentados los sucesivos aportes y desarrollos, muchos de ellos pioneros, efec-tuados a lo largo de casi cinco décadas ininterrumpidas de experiencias. Gracias a la calidad y capacidad de los investigadores, que en gran medida perfecciona-ron su formación al interior de sus laboratorios, fueron posibles desarrollos tanto teóricos como prácticos de gran importancia nacional, regional y en ciertos casos, internacional. Mencionar todos sus logros volvería interminable este prólogo. Para destacar algunos basta decir que entre ellos se cuentan el diseño y fabricación de todo tipo de láseres -sólidos, gaseosos y de colorantes- y la utilización de los mis-mos en las más variadas aplicaciones de diversos ámbitos, tanto civiles como militares, ya que desde sus comienzos en el DEILAP estuvo siempre presente la preocupación por el aprovechamiento dual de sus desarrollos.En la actualidad, los trabajos del departamento presentan un abanico de apli-caciones que abarcan tanto la preocupación por el cuidado medioambiental, como la separación de isótopos de interés para industrias varias; la elabo-ración de modernos sistemas de protección de la información; el dominio de las más modernas técnicas espectroscópicas; y la fabricación de valiosos instrumentos de uso militar como el telémetro láser. Todo ello, sin descui-dar la formación de una nueva camada de jóvenes investigadores llamados a continuar con la tradición de excelencia científica del DEILAP.Por ello este trabajo, el primero sobre láseres en la historia de la Institución, tiene como objetivo incluir en sus páginas toda la gama de actividades presen-tes en la actualidad en sus laboratorios, y pretende constituirse como un me-dio de revalorización del papel que a futuro está destinado a cumplir el DEILAP.La ciencia y la tecnología deben tener una articulación sustentable con el sector pro-ductivo tanto público como privado, para ello es necesaria la articulación efectiva y eficiente de las actividades de investigación con las de la producción. Por tanto este emprendimiento es una forma de poner al alcance de los sectores industriales una herramienta de conocimiento que coloque al DEILAP al servicio de los mismos. Por último, nuestra intención también es poder transmitir a un público que exce-da los estrechos ámbitos académicos, la importancia que tienen los desarrollos científicos y tecnológicos para sustentar las posibilidades de crecimiento eco-nómico y desarrollo social que hacen realidad el engrandecimiento de la patria.

9

Introducción

Por Rodolfo Petriz El Departamento de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (DEILAP) del Ins-tituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CITEDEF) está próximo a cumplir medio siglo de vida. Escribir su historia es, en gran medida, escribir la historia de las investigaciones, los desarrollos y las aplicaciones que en el área láser se llevaron adelante en nuestro país. Fundado en el año 1965, si bien en un principio el objetivo primordial del DEILAP fue estudiar los posibles usos militares del láser, rápidamente los resultados de sus investigaciones trascendieron el ámbito meramente castrense y pasaron a ocupar un rol destacado en el sistema científico argentino y latinoamericano. Así, junto a estudios teóricos, de sus laboratorios surgieron numerosos desa-rrollos originales –en ciertos casos pioneros a nivel mundial–, tanto de disposi-tivos láser como de aplicaciones en ámbitos civiles y militares.Sin embargo, el DEILAP no es solo pasado, por el contrario, es presente y tam-bién futuro; o mejor dicho, gracias a un pasado de esfuerzos sostenidos por mantener en nuestro país las investigaciones en láser a la altura de los últimos adelantos mundiales, goza de un presente con profesionales altamente capaci-tados –algunos de ellos con más cuarenta años de labor ininterrumpida en el departamento–, que le permiten proyectarse a futuro y formar parte del grupo de instituciones nacionales llamadas a promover un desarrollo científico, tec-nológico y productivo en la región con mayores dosis de autonomía y soberanía. Recoger en un escrito cuarenta y siete años de actividades, tarea que obligó a seleccionar de entre una gran cantidad de trabajos científicos a los más rele-vantes, no fue sencillo. Por ello deseo agradecer a todos los miembros del DEI-LAP –tanto a los que aún pertenecen al Departamento como a aquellos que ya no forman parte del mismo– que colaboraron con este proyecto aportando sus recuerdos y sus experiencias: Laura Azcárate, Piero Diodati, Alejandro Hnilo, Miguel Larotonda, Héctor Mancini, Alejandro Peuriot, Eduardo Quel, Guillermo Santiago y Osvaldo Vilar; y muy especialmente a Verónica Slezak y Francisco Manzano, quienes además de aportar sus vivencias y conocimientos, tuvieron a su cargo la recolección de gran parte de los testimonios y del material fotográ-fico aquí presente.Por último, también deseo mencionar que el artículo Breve historia del láser en la Argentina, (http://www.ciop.unlp.edu.ar/Espanhol/Actividades/eventos/laser/Breve.pdf), de Gabriel Bilmes, investigador del Centro de Investigaciones Ópticas (CONICET-CIC), La Plata, fue de gran utilidad para ubicar los trabajos del DEILAP dentro del contexto científico argentino.

01

Theodore Maiman

11

DÉCADADEL SESENTA:ORÍGENES

12

01 DÉCADA DEL SESENTA:ORÍGENES

I.OrígenesLos comienzos del Departamento de Investigaciones en Láseres y Aplica-ciones del CITEDEF, se remontan a mediados de la década del sesenta, cuando aún ninguno de estos organismos tenía el nombre que tiene en la actualidad.El punto de partida lo constituye la creación del Grupo Láser en julio de 1965 por el Dr. Juan Tomás D’Alessio, el cual pasó a formar parte del complejo de laboratorios del Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas de las Fuer-zas Armadas (CITEFA), el antecesor del actual CITEDEF. Cuando surge el Gru-po Láser, el CITEFA tenía once años de vida. Había sido instituido en 1954 por el presidente Juan. D. Perón mediante el decreto “S” Nº 417/54, en el marco de la política estatal de desarrollo que a lo largo de la década del cincuenta promovió la creación de organismos de investigación científica y tecnológica en sectores de relevancia para el funcionamiento de nuestro país, entre los cuales el área de Defensa ocupaba un lugar destacado.Si bien las principales motivaciones que llevaron a su fundación fueron los posibles usos militares de las tecnologías láser, el surgimiento del Grupo Lá-ser fue también consecuencia del gran desarrollo científico que en diversas instituciones había en la Argentina de esos años. El Dr. D’Alessio había estado trabajando en EE.UU. en investigaciones relacionadas a la temática láser y era plenamente consciente del inmenso potencial tecnológico que se encerraba en estos dispositivos. Por ello creía en la imperiosa necesidad de promover desde el Estado estudios en el área, siempre dentro del marco de una política de soberanía científica nacional.El primer láser de Rubí había sido creado poco tiempo antes, en el año 1960, por el norteamericano Theodore Maiman. Si bien se preveía que podía tener infinitas utilidades, el láser era un dispositivo muy novedoso sobre el que aún no había un requerimiento o aplicación tecnológica precisa. “El láser es una solución en busca de un problema”, era una frase corriente entre los cientí-ficos de aquellos años, y en ella se encerraba el espíritu que guiaba las in-vestigaciones mundiales en el área. Así, de forma incipiente, comenzaron a desarrollarse estudios relacionados con el láser en todos aquellos países que se encontraban a la vanguardia de los progresos científicos. En Argentina existía desde el año 1959 un grupo de investigadores perte-

13

necientes al Laboratorio de Electrónica Cuántica de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad de Buenos Aires (UBA), que estaban realizando es-pectroscopía y estudios teóricos en el tema, lo cual los posicionaba como los científicos más preparados del ámbito local para recibir la revolucionaria tec-nología láser. Miembros de este grupo comenzaron a desarrollar en 1962 un láser de Rubí y en 1964 construyeron el primer láser de Helio-Neón de Latino-américa. Lamentablemente, este equipo se disolvió en 1966 como consecuen-cia del golpe de estado del general Juan C. Onganía y la represión caída sobre la UBA a partir de la “noche de los bastones largos”. Tras su disolución, si bien los miembros que lo integraban tomaron diferentes caminos, en ciertas oca-siones la coincidencia en los temas de trabajo abordados los volvería a reunir en otras instituciones. Algunos hicieron estudios de posgrado en el extranjero, tras los cual volvieron a nuestro país a integrarse al equipo de investigadores de CITEFA o de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). Otros, por desgracia para la ciencia nacional, no regresaron y pasaron a formar parte de la primera “fuga de cerebros”, la diáspora que dispersó investigadores argen-tinos por universidades y laboratorios de todo el mundo.El Grupo Láser comenzó a funcionar en la sede central que CITEFA tenía en Acassuso con un puñado de integrantes, entre los que se contaban físicos, ingenieros y técnicos. Desde un primer momento las actividades del grupo quedaron enmarcadas en dos áreas de interés que se prolongarían, si bien con altibajos y alternancias en cuanto a su preponderancia, hasta la actualidad. Por un lado, las tareas apuntaron al desarrollo y fabricación de diferentes cla-ses de láseres; por otro, al estudio de aplicaciones puntuales de la tecnología láser a proyectos de interés militar y civil.

Sede del CITEFA en Acassuso

14


Por supuesto que ambas actividades estuvieron siempre estrechamente ligadas ya que no es sencillo promover la una sin la otra. Si bien el principio de funcionamiento es en líneas generales el mismo en todos los dispositi-vos, los distintos láseres tienen características propias que los hacen par-ticularmente aptos para cometidos específicos. Por ello, si un laboratorio quiere desarrollar una aplicación en particular tendrá que disponer del láser apropiado, para lo cual tiene dos opciones: fabricarlo o comprarlo hecho.Así, en razón de los diferentes contextos políticos, sociales y económicos por los que pasó nuestro país, durante las primeras décadas la actividad del grupo estuvo principalmente ligada al diseño de láseres y, en me-nor medida, a la búsqueda e implementación de aplicaciones; mientras que desde principios de los años noventa hasta la actualidad ambas ac-tividades se vieron equiparadas. Por otra parte, y a diferencia de otras instituciones científicas, durante la primera etapa –hasta mediados de los ochenta, aproximadamente– las investigaciones académicas de los miembros y la presentación de trabajos en ámbitos internacionales que-daron relegadas a un segundo plano, subsumidas bajo la importancia otorgada al desarrollo de proyectos nacionales estratégicos. Posterior-mente, en coincidencia con la búsqueda de aplicaciones militares y ci-viles, esta importante faceta de la actividad científica pasó a ocupar un lugar destacado en las tareas del laboratorio mediante la búsqueda de nuevos temas de investigación.

II.EquipamientoEl equipamiento y la integración de personal del laboratorio se fue rea-lizando en función de las metas propuestas por el Dr. D’Alessio. El ins-trumental original procedía de EE.UU.: el pequeño laboratorio estaba equipado con dos láseres marca Raytheon, uno de Rubí pulsado y otro gaseoso, continuo, de Helio-Neón. Con la mente puesta en la fabricación de láseres, a partir de 1967 se comenzó a comprar instrumental de alto costo para equipar el labora-

15

torio. Los primeros aparatos en llegar fueron varios instrumentos de análisis –algunos osciloscopios y un espectrómetro infrarrojo y otro vi-sible–, y junto con ellos una campana de vaporizado de alto vacío. El osciloscopio permite ver, luego de que la onda luminosa es trans-formada por un detector en señales eléctricas, cómo se comporta luz. Por su parte, el espectrómetro sirve para determinar en qué color o longitud de onda emite un láser. Por último, la campana de vaporizado de alto vacío se utiliza para fabricar en un ambiente de máxima pureza y limpieza uno de los componentes más importantes del láser: los espejos.

Con este equipamiento los investigadores comenzaron haciendo “inge-niería inversa”, esto es, investigando e intentando copiar los láseres pre-existentes, una tarea que no era nada sencilla y que, en razón de la poca información que había disponible sobre el tema, requería de una gran

16


dosis de imaginación e inventiva para reemplazar la inexistencia de una estructura técnica en el área a nivel nacional. Eran tiempos de “alqui-mia”, en dónde había toda una tecnología que desentrañar y una serie de componentes a fabricar, para lo cual se usaban procesos mayormen-te artesanales. En general, los investigadores experimentaban en tér-minos de ensayo y error, repitiendo una y otra vez los procedimientos

hasta lograr el resultado deseado. Sin embargo, con ante-rioridad a cualquier in-tento de desarrollo tec-nológico, y como suele suceder siempre que se inician estudios en un área desconocida hasta ese momento, en un pri-mer momento los miem-bros del grupo procedie-ron a la recolección de información bibliográfica internacional y de traba-jos de investigación re-lacionados con el tema láser.

Hay que recordar que en esos años no existía internet y las comuni-caciones telefónicas internacionales eran muy limitadas, por lo tanto se dependía del contacto postal para entablar lazos con laboratorios del exterior y solicitarles información de interés, con lo cual cualquier inquietud podía demorar meses en ser contestada y, demás está decir, en muchísimos casos no se obtenía ninguna respuesta. En el ámbito local, las fuentes de información más importantes con las que contaban los investigadores eran la biblioteca de la CNEA, que era de libre acceso y el Centro Argentino de Información Científica y Tec-nológica (CAICYT) del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET).

17

III.Primeras aplicaciones de interés militarLos primeros proyectos de interés militar que se encararon durante esos años fueron sistemas de comunicación audiovisual y telemetría láser.

ComunicacionesEn el campo de las comunicaciones, los miembros del grupo buscaban lograr la modulación de señales de audio y video usando como porta-dora la luz emitida por un láser, un desarrollo que era pionero incluso a nivel mundial. Este era un proyecto muy atractivo para las Fuerzas Armadas, ya que otorgaba la posibilidad de poder establecer una co-municación punto a punto a través de kilómetros de distancia con un rayo de luz, sin necesidad de desplegar cables y con la ventaja frente a las comunicaciones radioeléctricas de gozar de mayores niveles de privacidad y seguridad.

Sistema de comunicación audiovisual desarrollado por el Grupo Láser

18


Con este objetivo, en el laboratorio se abrieron dos líneas de investi-gación. La primera exploraba la posibilidad de transmitir las señales mediante un láser semiconductor comprado en EE.UU. Frente a otras alternativas, esta opción presentaba ventajas en la modulación de la señal, pero tenía el inconveniente de requerir nitrógeno líquido para el enfriamiento del dispositivo láser.

La segunda, considerada por los investigadores la más adecuada a la realidad tecnológica de nuestro país en ese entonces, pretendía trans-mitir las señales audiovisuales con un láser de Helio-Neón (He-Ne) con moduladores electroópticos. No obstante, esta opción también presen-taba sus inconvenientes, ya que para hacerla realidad era necesario construir tanto el láser como los moduladores. Estas tareas se asumieron a la brevedad. El modulador electroóptico se construyó utilizando un monocristal del tipo KDP que había sido crecido en el laboratorio en colaboración con expertos de la CNEA. El creci-miento de cristales electro-ópticos ADP y KDP era otra de las áreas de investigación y desarrollo que se habían encarado casi desde el mismo momento de creación del grupo. Estos cristales son de gran utilidad para la fabricación de dispositivos láser ya que tienen la característica de cambiar la intensidad de la luz en función de la tensión eléctrica que se les aplica. Junto con ello, para manejar el cristal los investigadores también di-señaron y construyeron un amplificador de alta tensión y banda ancha. En paralelo con el desarrollo del modulador se comenzó a construir el láser de He-Ne, el cual fue puesto en funcionamiento a finales de 1970.

19

TelemetríaLa telemetría láser es otro proyecto de utilidad práctica para las fuerzas armadas que empezó a gestarse a fines de los ‘60, y que se mantiene vi-gente hasta la actualidad. Un telémetro láser sirve para calcular a qué distancia se encuentra un ob-jeto. ¿Cómo funciona? Enviando un pulso láser hacia el objeto de interés y midiendo el tiempo de ida y vuelta que tarda ese pulso en efectuar el recorrido.

Para cumplir con este requerimiento, las primeras tareas que desarrolla-ron en el Grupo Láser se dirigieron a diseñar los componentes básicos de un telémetro: un láser con un dispositivo Q-Switch, que permite generar

El telémetro láserPara las Fuerzas Armadas la telemetría láser presenta en ciertas situaciones ventajas frente a otras formas de me-dición, como la telemetría óptica o la ultrasónica, ya que permite conocer de forma automática y con elevadísimos niveles de exactitud y detalle a qué distancia se encuen-tra un objetivo militar, como las posiciones enemigas o un blanco específico. En un telémetro láser clásico, una lámpara flash entrega energía a la barra láser, y con el auxilio de un modulador, se genera un pulso de luz de muy corta duración. El haz láser se dirige a un blanco, que puede estar a varios kiló-metros de distancia, y un reloj electrónico mide el tiempo que tarda la luz en ir y volver. De esta manera es posible medir distancias con una precisión dada por la duración del pulso láser –por ejemplo 3 metros para un pulso de 10 nanosegundos (10-9 s)–, la que es más que suficiente para los usos militares.Los láseres más apropiados para la telemetría son aque-llos que emiten en el rango óptico del infrarrojo cercano, específicamente los láseres sólidos de Neodimio por ser los más compactos y robustos, y además, por emitir en una región de máxima transparencia atmosférica.

20


pulsos láser de alta potencia para lograr divisar blancos a mayores distan-cias, y un detector de pulsos que tuviera una respuesta más rápida que los que existían en esos años. Fruto de estas investigaciones, miembros del Grupo Láser fueron los pri-meros en el mundo en construir un detector de energía del pulso láser basado en el efecto piroeléctrico, para el cual usaron una cerámica de titanato de bario. Los detalles de este desarrollo fueron presentados en julio de 1969 a la Asociación Física de Argentina. Lamentablemente, fue un descubrimiento que por falta de experiencia no pudo ser aprovechado por sus gestores ni en términos académicos, ya que no se publicó en el exterior; ni en términos económicos, ya que no se registró una patente sobre el mismo.

CapacitaciónEn esos años iniciales ya se manifestaba y empezaba a ocupar un lugar im-portante en el funcionamiento del grupo la preocupación por la formación y capacitación de sus integrantes. Así, algunos de sus miembros realiza-ron estudios de doctorado en universidades europeas para compenetrarse de los últimos adelantos en tecnología láser y ponerlos al servicio de los requerimientos del grupo. El primer láser de Dióxido de Carbono (CO2) excitado por corriente alterna fabricado en CITEFA fue producto de esta política, ya que estuvo basado en un modelo utilizado por uno de los beca-rios en Bélgica. El primer lustro de vida del Grupo Láser, coincidente con el fin de la dé-cada, culminó con un cambio de sede, ya que en 1969 el laboratorio fue trasladado a la planta de electrónica que CITEFA tenía en la localidad de San Martín, lugar que ocupó durante un año

Sede del CITEFA en San Martín

21

¿Cómo funciona un láser?El Láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation o amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) es un dispositivo que emite luz en una única longitud de onda, en fase una con otras y con la misma dirección. Un láser está formado por un medio material sólido, ga-seoso o líquido, encerrado en un tubo que presenta un es-pejo en cada uno de sus extremos –uno de ellos totalmente reflectante y el otro semirreflectante–, conformando lo que se conoce como “cavidad resonante”. Un medio externo, ya sea una lámpara flash, una descarga eléctrica u otro lá-ser, entrega energía al medio material que se encuentra dentro de la cavidad resonante y provoca que los electro-nes de sus átomos pasen a una órbita superior. Como los electrones que cambiaron de órbita se encuentran en una condición inestable, posteriormente vuelven a su órbita original emitiendo un fotón, proceso conocido como “emi-sión espontánea”. Estos fotones también interactúan con los otros átomos excitados provocando el decaimiento de sus electrones y la emisión de un fotón igual al incidente, y por consiguiente una multiplicación en el número de fo-tones. Así, mediante este proceso de emisión estimulada la luz del láser se amplifica a medida que un número cada vez mayor de fotones atraviesa el medio material y rebota en los espejos que encierran la cavidad resonante. Durante este proceso, parte de la luz atraviesa el espejo semirre-flectante generando un haz de luz muy luminoso, direccio-nado, coherente y monocromático: Un rayo láser. La longitud de onda en la que emite un láser –infrarrojo, visible o ultravioleta– depende de la sustancia que con-forma el medio material. Si bien la mayoría de los láse-res solo pueden emitir en una única longitud de onda, algunos de ellos lo pueden hacer en un número discreto de frecuencias, y a unos pocos, los de colorantes y los de Titanio:Zafiro, es posible cambiarles la longitud de onda de manera continua dentro de su rango de operación.

Sede del CITEFA en San Martín

02

Láser de Argón ionizado pulsado desarrollado por el Grupo Láser

23

DÉCADADEL SETENTA:CONTINUIDAD

24

02 DÉCADA DEL SETENTA:CONTINUIDAD

I.Continuidad

Tras el breve paso por la planta de San Martín, en el año 1970 el Grupo Láser se trasladó al que sería su definitivo emplazamiento, las instalaciones que CITEFA había construido poco tiempo antes en Villa Martelli para centralizar el funcionamiento de los distintos laboratorios de investigación y desarrollo. A comienzos de la década, el grupo contaba solo con siete integran-tes y, si bien disponía de mayores comodidades de las que había gozado en sus instalaciones anteriores, las dimensiones del lugar donde se emplazó aún eran reducidas, no más de 150 metros cua-drados, una sexta parte del tamaño actual. La sala que ocupaba estuvo destinada en principio a biblioteca, por lo que durante los primeros meses las actividades científicas de los miembros del grupo debieron coexistir con las reformas edilicias requeridas para conectar los instrumentos propios de un laborato-rio, como instalaciones de electricidad, agua, gas, etc. Esos meses fueron también el momento de máxima incertidumbre en la existencia del grupo. En agosto de 1970, poco tiempo después de la mudanza, y a pesar de la inversión en equipamiento y forma-ción de recursos humanos que se había hecho durante los años anteriores, el Grupo Láser estuvo cerca de la disolución. Las causas precisas que llevaron en ese entonces a las autoridades de CITEFA a replantearse la conveniencia del proyecto, y a tomar la decisión de disolver el grupo y repartir sus equipos entre las otras dependencias del Instituto, nunca quedaron demasiado claras. En parte, uno de los motivos fue que el Dr. D’Alessio había renunciado poco tiempo antes a su dirección para hacerse cargo de la jefatura de la División Estructura Molecular de la Gerencia de Investigacio-nes de la CNEA. A este hecho, que por sí solo no tenía porqué conducir al desmem-bramiento del grupo, se le habría sumado, dado lo novedoso de

25

la materia y la poca información disponible, el posible desconoci-miento por parte de las autoridades de ese momento del inmenso potencial tecnológico y la importancia estratégica que en el área de Defensa albergaban los estudios láser. Hay que tener en cuenta que en esos años la presidencia de CITEFA era rotativa y que cada dos años se turnaban en ella autoridades pertenecientes a cada una de las Fuerzas Armadas: Ejército, Armada y Fuerza Aérea. Afortuna-

damente, las gestiones de los integrantes del equipo remarcando la utilidad que tenían para nuestro país sus investigaciones llevaron al entonces presidente de CITEFA, el Comodoro Conca, a tomar la decisión de continuar con las actividades del laboratorio.Gracias a ello, la Argentina no perdió uno de sus actores científicos destacados, tanto en investigación como experimentación, ya que los estudios, avances y descubrimientos de sus investigadores tu-vieron gran influencia en el derrotero que siguieron en nuestro país las investigaciones en tecnologías láser.

26


II.Contexto nacional y latinoamericano

En esos años, si bien las investigaciones en láser no eran muy comunes, había otros grupos nacionales trabajando en cuestiones relacionadas. Por una parte existía desde el año 1966 en el Departamento de Física de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), el Laboratorio de Espectros-copía, Óptica y Láser (LEOL), que más tarde, en 1977 se convertiría en el Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp), dependiente de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (CIC), del CONICET y de la UNLP. Por otra parte, en la Facultad de Ingeniería de la UBA también había algunos científicos dedicados a investigaciones en óp-tica, los cuales fueron la base sobre la que se formó a fines de la década del setenta un grupo dedicado específicamente al láser. Junto con ellos existían en otras instituciones equipos de menor envergadura, tanto en cantidad de gente como en recursos.Si bien muchas veces los grupos desplegaban investigaciones en temas coincidentes, en general no existía un espíritu de competencia entre ellos. Las relaciones entre los integrantes eran cordiales –incluso lo siguen siendo en la actualidad–, ya que todos ellos se conocían y estaban al tanto de las actividades que se realizaban en los otros centros. En esos años, cuando aún había mucho por investigar y donde no sobraban los recursos, los grupos colaboraban entre sí intercambiando tanto conocimientos como equipos difíciles de comprar en razón de su elevado costo. También, parti-cipando en los eventos científicos que laboriosamente lograban organizar. En líneas generales, los científicos argentinos buscaban mantener sus ac-tividades en el marco del horizonte internacional de investigaciones de la época, evitando quedar atrasados en el conocimiento e implementación de los últimos descubrimientos originados en los principales países del mundo, como EE.UU., Alemania, Francia o la Unión Soviética. En la década del setenta, Argentina era sin ningún tipo de dudas el país más avanzado de Latinoamérica en temáticas láser. Los otros países de la región aún no habían realizado estudios significativos en el área y llevaban

27

varios años de atraso respecto de nuestra situación. En ese contexto, eran comunes los pedidos de investigadores de otros países para realizar pa-santías en las instituciones argentinas. Así, países como Brasil, que en la actualidad es uno de los referentes científicos regionales, se nutrió de gen-te formada en nuestras universidades y centros de investigación. En este sentido, el desarrollo de sus programas en láser fue en parte posibilitado por la formación que los pasantes brasileños realizaron en nuestro suelo y por la emigración de científicos argentinos al país vecino.

III.Grupo LáserCon la certeza de su continuidad, el Grupo Láser continuó sus tareas en la nueva locación de Villa Martelli con el mismo espíritu que había guiado sus pasos hasta ese momento. Así, las características principales de los proyectos encarados en esos años, tanto los nuevos como los que con-tinuaban de la década anterior, eran acordes a la dinámica política y los intereses estratégicos generales de nuestro país y, en particular, del área de Defensa. Los investigadores buscaban desarrollos con tecnología propia, utilizan-do recursos disponibles en la industria local que permitieran elevadas dosis de independencia tecnológica. Algo perfectamente posible gracias a la sólida formación teórica de los investigadores que se incorporaban al laboratorio, y a que, en ese entonces, las piezas principales de los disposi-tivos construidos eran relativamente sencillas y se hallaban en el mercado local. Si bien los láseres eran mucho más grandes que en la actualidad, los tubos de vidrio, las cajas de acrílico o de plástico, los capacitores y las fuentes de alta tensión, entre otros componentes elementales, se fabrica-ban en Argentina. Por desgracia, a partir de los años ochenta ya no fue posible para los in-vestigadores encontrar los componentes básicos en la producción local. La industria láser comenzó a asentarse, como otros desarrollos tecnológicos, en productos microelectrónicos cada vez más complejos que por diversas razones, entre las que se encontraban la poca inversión, la falta de una po-lítica estatal de desarrollo en esa área y las recursivas crisis económicas, ya no pudieron producirse en el ámbito nacional.

28


Así, como consecuencia de las sucesivas políticas de ajuste que se im-plementaron a partir del golpe de estado de 1976 y en el marco de una creciente complejidad de los materiales, la carrera por brindar el entorno tecnológico industrial requerido para lograr desarrollos científicos au-tónomos fue prácticamente abandonada durante la década del ochenta. Naturalmente, en la actualidad aún seguimos sufriendo sus consecuen-cias, ya que después de quedar rezagados en este tema frente a otros competidores, incluso algunos de la región, es muy difícil recuperar par-te del protagonismo. Para ser llevado adelante, todo trabajo científico requiere de una estruc-tura económica que lo solvente. Para poder ampliar sus actividades y aumentar la cantidad de proyectos de investigación, a partir del año 1972 los miembros del Grupo Láser comenzaron a buscar formas de finan-ciación alternativas a los recursos recibidos del presupuesto general de CITEFA. Así, los primeros fondos complementarios llegaron mediante un subsidio ganado por concurso en el CONICET, y también a través del apoyo de la Dirección General de Investigación y Desarrollo (DIGID) del Ministerio de Defensa. Si bien los montos otorgados en principio eran exiguos, con ellos los investigadores pudieron abrir nuevas líneas de tra-bajo. Posteriormente, la colaboración con otros organismos y empresas

nacionales se transformaron en otra vía para obtener recursos.

Por otra parte, la década del setenta fue muy fecunda para nuestro país

en diseño y fabricación de diversas clases de láseres, proceso en el

que los investigadores de CITEFA ocuparon el rol más destacado. Así,

mientras que el CIOp de la Universidad de La Plata se especializó funda-

mentalmente en técnicas espectroscópicas –aunque también construyó

algunos láseres–, en los laboratorios de Villa Martelli se desarrollaron

láseres sólidos, gaseosos y de colorantes, tanto continuos como pulsa-

dos, y junto con ellos se avanzó en sus posibles aplicaciones.

Estos desarrollos fueron posibles, en gran medida, gracias a la incor-

poración de estudiantes avanzados e investigadores que trabajaban en

láser realizando sus tesis de licenciatura. Gran parte de esa generación

continúa en funciones y gracias a ello el laboratorio pudo mantener líneas

de investigación definidas hasta la actualidad, mostrando así coherencia

y objetivos comunes. Ésta será una constante en el funcionamiento del

actual DEILAP, ya que desde su fundación se nutrió de jóvenes investiga-

dores apasionados por la actividad.

29

IV.Láseres gaseososDióxido de Carbono

A principios de 1970 el Grupo Láser puso en funcionamiento uno de los pri-meros láseres de Dióxido de Carbono (CO2) continuo, excitado por corrien-te alterna, fabricado en el país. Con este dispositivo se realizó una de las primeras publicaciones internacionales del grupo, en la cual se detallaban los resultados de la tesis de licenciatura de una de las investigadoras, ba-sada en el estudio de la radiación lateral que emiten algunos láseres. Posteriormente, este primer dispositivo fue donado a la Universidad Na-cional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, en donde se iniciaron actividades en el área láser tras la estadía de jóvenes investigadores en los laboratorios de CITEFA. Debido a la alta potencia que desarrollan, los láseres de CO2 continuos son particularmente aptos para trabajos de corte y soldadura. El Grupo Láser desarrollo este tipo de láseres, con los cuales realizaron pruebas a pedi-do tanto de la industria privada como de organismos gubernamentales. En este sentido, la CNEA solicitó pruebas de corte y soldadura sobre las barras de zircaloy –aleación que contiene zirconio– en donde se encierra el combustible radioactivo que alimenta las centrales nucleares. El objeti-vo de estos trabajos era verificar la posibilidad de desarrollar un sistema que permitiera evacuar el material radioactivo de los tubos minimizando los riesgos de exposición al mismo. En paralelo a estos requerimientos, la CNEA también requirió la colaboración del Grupo Láser para alinear las primeras barras de combustible fabricadas en el país, destinadas a la central nuclear de Atucha. La colocación exigía la utilización de métodos ópticos de gran precisión ya que se trataba de tubos de 18 metros de largo. Los láseres de CO2 también fueron y son utilizados en otras importantes aplicaciones instrumentadas en CITEFA, como la separación isotópica des-de mediados de los años setenta, y en el desarrollo completo de un bisturí láser de uso médico a principios de los ochenta.

30


Radiaciones lateralesCuando los láseres están en funcionamiento, además de emitir el haz de luz coherente que los caracteriza, tam-bién emiten radiaciones que escapan por los costados. En aquellos láseres que utilizan tubos de vidrio para alojar la sustancia emisora, es posible aprovechar estas emisiones laterales –similares a las que presentan los tubos fluores-centes– para conocer datos sobre el funcionamiento del dispositivo de forma indirecta, sin necesidad de aplicar medidores sobre el haz emitido.

Helio-NeónEl primer láser de Helio-Neón (He-Ne) producido en CITEFA fue puesto en funcionamiento a fines de 1970. Sobre la base de ese desarrollo se construyeron entre los años 1973 y 1976 por pedido de universidades y diversos institutos de investigación dos modelos de láser de He-Ne, uno de un milivatio (1 mW), destinado a alineación y enseñanza, y otro de 15 mW para ser utilizado en aplicaciones de mayor potencia como holografía.La fabricación de las unidades fue completamente artesanal, ya que las instalaciones del laboratorio no estaban preparadas para ese tipo de tarea. Para ellos los miembros del grupo debieron dejar sus habituales labores en temas de investigación y dedicarse por completo a cumplir con ese objetivo.Además de tratarse de la primera aplicación de conocimientos tecnoló-gicos con vistas a satisfacer un requerimiento de instituciones civiles, la fabricación de estos láseres también fue una muestra de la posibi-lidad de sustituir importaciones en áreas de relevancia científica para nuestro país, en momentos en los que era complicado adquirir esa tec-nología en el exterior. Gracias a ello, muchos centros de investigación nacionales pudieron continuar con sus tareas.

31

Láser de Helio-Neón de 15 mW

Poco después, el Grupo Láser cons-truyó el primer láser de Helio-Cad-mio (un vapor metálico) de Argenti-na, con aplicaciones específicas en el campo de la espectroscopía.

La continuidad de los desarrollos de láseres basados en gases nobles en CITEFA, llevó a la Argentina a ser unos de los diez primeros países del mundo en construir, a fines de los años setenta, un láser de Argón ionizado con potencias de decenas de vatios en varias longitudes de onda. Los láseres de este tipo fueron los primeros que se utilizaron en oftalmología.

Nitrógeno molecularEl diseño de un láser de Nitrógeno molecular, pionero en toda Latino-américa, estuvo enmarcado en el proyecto de desarrollo de láseres de

Láser de 1 mW

32


interés nuclear que llevó adelante el Grupo Láser durante los años se-tenta, ya que era la fuente de bombeo de otro láser potencialmente útil para los procesos de separación de isótopos. En este contexto, el motivo específico de su construcción era contar con una fuente de excitación para los láseres de colorantes orgánicos, los más indicados para sepa-ración isotópica de átomos ya que pueden ser continuamente sintoniza-bles en frecuencias en todo el espectro visible. Además de esta aplicación, los láseres de Nitrógeno molecular pro-porcionan también una fuente luminosa relativamente económica y útil para la detección por fluorescencia de substancias contaminantes orgá-nicas y para estudios con resolución temporal de materiales biológicos.

Láser de Nitrógeno molecular desarrollado por el Grupo Láser

33

El láser de Nitrógeno molecularEl láser de Nitrógeno molecular es un láser gaseoso que debe ser excitado por descargas eléctricas de alta tensión, muy rápidas, en atmósferas de nitrógeno de alta pureza a baja presión. Debido a la muy particular característica de la transición molecular que emplea, solo funciona de ma-nera pulsada. Es una fuente de pulsos ultravioletas de alta potencia pico (alrededor de un megavatio), que son ade-cuados para excitar los láseres de colorantes orgánicos. La continuación de los estudios de descargas con el tipo de circuito utilizado posibilitó su uso para reemplazar venta-josamente los circuitos empleados hasta entonces en los láseres de CO2 pulsados. También se obtuvieron pulsos lá-ser a partir del flúor atómico en el rojo, y se demostró la generación de moléculas de fluoruro de kriptón que es la base de los láseres de excímeros (moléculas formadas por un átomo de gas noble y un halógeno). Por esta razón el dispositivo se denomino “láser de descargas multigaseo-so”. En el caso de los láseres de CO2 pulsados, este desa-rrollo posibilitó construir dispositivos de mayor frecuencia de repetición y más confiables.

V.Láseres de estado sólidoDe manera temprana, el Grupo Láser también comenzó a desarrollar lá-seres de estado sólido ya que por su robustez, entre otras características, son los más apropiados para las aplicaciones de campo y, por lo tanto, para usos militares. Entre ellos se destacan los de Neodimio bombeado por lámpara flash, tanto en cristales como en vidrio, los cuales serían la base del telémetro láser que se había comenzado a delinear en la década anterior. Al igual que con otros desarrollos, los láseres de Neodimio fueron hechos funcionar por primera vez en Argentina y, casi con total seguridad

Láser de Nitrógeno molecular desarrollado por el Grupo Láser

34


en Latinoamérica, en los laboratorios de CITEFA. En este contexto, en 1974 el Ministerio de Defensa otorgó el financiamien-to necesario para avanzar en la construcción de un telémetro de utilidad para las Fuerzas Armadas. Fue así como se puso en marcha el desarrollo de cuatro prototipos que fueron identificados como TLT (Telémetro Láser Transportable), TLB-1 (Telémetro Láser para Vehículos Blindados) y, en ra-zón de los adelantos tecnológicos que surgían periódicamente, sus corres-pondientes actualizaciones en los prototipos TLB-2 y TLB-3. Este proyecto culminaría en 1988 con la correspondiente evaluación de funcionamiento del último de los prototipos, el TLB-3.La materialización de este proyecto llevó al Grupo Láser a realizar aportes científicos que excedían el ámbito meramente militar. Los láseres de Neo-dimio funcionan emitiendo pulsos de luz de corta duración generados con el auxilio de un modulador. Dado el alto costo y la consiguiente escasez que había en nuestro país de los moduladores requeridos, los miembros del grupo consideraron de interés prioritario estudiar nuevas formas de gene-rar estos pulsos. Las investigaciones se centraron en utilizar para ello un método basado en el efecto Kerr, gracias a ello, el Grupo Láser se convirtió en uno de los pioneros a nivel mundial en la generación de pulsos ultracor-tos en láseres sólidos mediante este efecto.

Vistas del Telémetro TLB-1Y del TLB-3

35

VI.Láseres de colorantes

El Grupo Láser fue también pionero en el desarrollo de láseres de colorantes en nuestro país. Los primeros prototipos, conseguidos a fines de la década del setenta, copiaron los diseños del físico alemán Theodor Hänsch (Premio Nobel de Física en 2005 por sus trabajos en espectroscopía). En una segunda etapa, los investigadores emplea-ron diseños propios que obtuvieron excelentes resultados. Estos dis-positivos utilizaron en principio como fuente de bombeo los láseres moleculares de Nitrógeno desarrollados en CITEFA; posteriormente, durante la década del ochenta se agregaron como fuente de bombeo los láseres de Neodimio:YAG, también construidos por el Grupo Láser.El desarrollo de los láseres de colorantes fue posible gracias al aporte de estudiantes de Física y profesionales del Grupo que produjeron, además de diversas tesis de licenciatura y de doctorado presentadas en la UBA, trabajos de investigación originales a nivel internacional. Algunos de estos trabajos permitieron generar conocimientos propios para el control de la emisión y para seleccionar la longitud de onda y su ancho espectral, así como también para construir dispositivos eficientes y confiables, aptos para su empleo en situaciones prácticas.Desde su creación hasta el día de hoy, con estos dispositivos se reali-zaron numerosas contribuciones de interés internacional en espectros-copía tanto de átomos –litio y yodo, entre otros– como de moléculas, así como en el diseño de amplificadores y en la formación espontánea de estructuras espaciales complejas en el haz láser (vórtices ópticos). También fueron empleados para la realización de dispositivos para la detección de trazas de gases contaminantes como el dióxido de azufre (SO2), logrando sensibilidades de diez partes por billón en mezclas pre-paradas en laboratorio. Actualmente, una versión de este láser es utili-zado para la detección y la determinación de tiempos de vida de radica-les generados por la ruptura de moléculas al ser irradiadas con un láser de CO2 pulsado en experiencias de fluorescencia inducida por láser.

Vistas del Telémetro TLB-1Y del TLB-3

36


EspectroscopíaLa espectroscopía permite investigar la interacción de las radiaciones electromagnéticas con la materia. Cada mo-lécula tiene un espectro de absorción de energía lumínica determinado por su singular conformación atómica; este espectro funciona como una suerte de huella digital ya que es altamente improbable que dos sustancias distintas compartan un mismo espectro. Mediante el análisis com-parativo de estos patrones espectrales, las técnicas espec-troscópicas permiten determinar la composición cuanti-tativa y cualitativa de una muestra determinada, así como sus propiedades microscópicas.

Láseres de colorantesEl láser de colorantes es un láser líquido: el medio am-plificador de luz es un colorante orgánico, disuelto en un solvente (alcohol, agua, etc.). Una fuente de energía (ya sea una lámpara flash u otro láser) entrega energía a las moléculas de colorante. La característica sobresaliente de los láseres de colorantes es que son sintonizables, es decir, es posible cambiarles la longitud de onda (o sea el “color”) de manera continua dentro del rango aceptado por un determinado colorante. Esto los hace ideales como fuentes espectroscópicas. La mayoría de los láseres, por oposición, solo pueden funcionar en determinados valores, discontinuos o discretos, de longitudes de onda. El rango de sintonía de un colorante es generalmente muy amplio pero, si de todos modos la longitud de onda deseada estu-viera fuera de ese rango, simplemente se cambia el colo-rante, de los cuales hay decenas disponibles. La radiación obtenida puede ser infrarroja, visible o ultravioleta, según el colorante empleado, lo que los hace especialmente ver-sátiles. Debido a su amplio rango de sintonía, o sea ancho de banda, los láseres de colorantes fueron la mejor fuente de pulsos ultracortos de picosegundos (10-12 s) o femtose-gundos (10-15 s) disponible hasta la aparición de los láseres de Titanio:Zafiro.

37

VII.Separación isotópica

Desde la creación de la Comisión Nacional de Energía Atómica en 1950, Argentina se posicionó a la vanguardia en la utilización de energía nuclear para fines pacíficos, constituyéndose en el actor regional más importante en el área. En este sentido, como forma de fortalecer la independencia tec-nológica en un tema tan sensible a los intereses nacionales, los miembros del Grupo Láser comenzaron a desarrollar las primeras investigaciones del país de separación isotópica, ligadas a la búsqueda de sustancias de interés para la industria nuclear.

Primera demostración en el Grupo Láser de funcionamiento de un láser de colorantes bombeado por un láser de Nitrógeno molecular

38


A nivel mundial, ya desde comienzos de la década se estaba investigando la posibilidad de aplicar técnicas láser a la separación y enriquecimiento de este tipo de isótopos, en especial la variedad fisionable del uranio, el 235U, cuya proporción natural es de sólo 0,7% respecto del 238U. La apertura de la nueva línea de trabajo fue consecuencia directa de la incorporación al Grupo Láser de algunos investigadores que habían perte-necido a la CNEA. Si bien el objetivo era llegar a verificar la factibilidad de la separación del 235U, para evitar los inconvenientes que trae operar con sustancias radioactivas en las primeras etapas de las investigaciones, los trabajos comenzaron a realizarse sobre una molécula con características físico-químicas parecidas, el hexafluoruro de azufre (SF6). De esta forma, la idea de los investigadores era poner a punto las técnicas apropiadas para el 235U.Para poder hacer viable la separación, además de estudiar las peculiares características de la molécula elegida, los investigadores también tuvieron que desarrollar un láser de CO2 pulsado que emitiera en la longitud de onda requerida –en el rango de los 10 micrones–, para poder excitar el SF6 y disociarlo. Gracias a ello, en 1976 el Grupo Láser de CITEFA fue el primer laboratorio de Latinoamérica en lograr la separación isotópica por láser, en particu-lar del hexafluoruro de azufre. Luego de este logro, las investigaciones en relación a la separación láser del 235U se detuvieron, fundamentalmente por lo complejo y costoso del proceso. No obstante, durante la década del ochenta serían retomados nuevamente en CITEFA los trabajos en separa-ción isotópica sobre sustancias de interés nuclear, como el hexafluoruro de uranio (UF6) o el hidrógeno-deuterio

39

¿Qué es la separación isotópica por láser?El núcleo de un átomo está compuesto tanto por pro-tones como por neutrones. En un elemento atómico, el núcleo posee siempre la misma cantidad de protones, lo que determina que sea ese elemento específico y no otro, pero puede variar en la de neutrones. A estas va-riedades con distinto peso se las denomina isótopos. La distinta cantidad de neutrones que tienen las variedades isotópicas le otorgan a cada una de ellas característi-cas especiales que las vuelven aptas para determinadas aplicaciones de interés en procesos científicos, medici-nales o industriales. No obstante, en la naturaleza las formas isotópicas no se encuentran puras, sino que se encuentran mezcladas. Así, la separación isotópica es el proceso mediante el cual se busca aumentar el porcen-taje de un isótopo determinado y, de ser posible, llegar al 100% de pureza.Como los isótopos tienen características muy similares, las técnicas de separación son costosas y complejas; en-tre ellas se cuentan la centrifugación, la difusión y los métodos láser. La separación isotópica láser se basa en los diferentes espectros de absorción lumínica que presentan las sus-tancias. Así, irradiando la molécula en la que se encuen-tra el isótopo de interés con un láser que emite en la longitud de onda precisa, es posible excitarla selectiva-mente hasta lograr su ruptura y de esa forma disociar el isótopo requerido.

03

Detalle del brazo articulado del bisturí láser del DEILAP

41

DÉCADADEL OCHENTA:CONSOLIDACIÓN

Detalle del brazo articulado del bisturí láser del DEILAP

42

03 DÉCADA DEL OCHENTA:CONSOLIDACIÓN

I.Consolidación

Cerca del fin del decenio anterior, y como consecuencia del rol que cumplía dentro la estructura de CITEFA, el Grupo Láser pasó a llamarse Departa-mento de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (DEILAP).Por otra parte, la nueva década trajo cambios significativos para el DEI-LAP, ya que en 1980 pasó a formar parte del Consejo Nacional de Inves-tigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) como centro de investigación especializado. Así, el grupo recibió una denominación que daba cuenta del nuevo rol que iba a desempeñar en el esquema científico argentino: Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (CEILAP). A partir de ese mo-mento, dentro de la estructura de CITEFA seguirá siendo el DEILAP, pero en tanto integrante del CONICET, en otras instancias institucionales se lo llamará CEILAP.Esta incorporación tuvo importantes consecuencias en varios aspectos. Desde el punto de vista económico fue muy beneficioso para el Departa-mento porque le otorgó la posibilidad de presentarse a otros mecanismos de financiamiento y lograr recursos mediante los subsidios del CONICET. Por otra parte, para los miembros del DEILAP, significó ingresar a ins-tancias de reconocimiento científico que estaban en cierta medida veda-das por su pertenencia exclusiva al sector de las Fuerzas Armadas. Así, la tarea de los investigadores se vio jerarquizada ya que la inclusión en el CONICET implicaba la existencia de controles y supervisiones académicas por parte de un organismo de reconocida trayectoria, tanto nacional como internacional. Tras el golpe de estado de 1976 las condiciones de trabajo en el CITEFA no se modificaron en demasía, ya que no hubo una observación especialmen-te represiva en las actividades cotidianas del grupo y a los investigadores se les permitió trabajar con relativa libertad. Sin embargo, no era sencillo para muchos de los investigadores congeniar su actividad en el seno de un organismo militar con el rechazo a la tragedia social, política y económica que vivió la Argentina de esos años fruto del estado represivo y de perse-cución ideológica impuesto por la dictadura cívico-militar. Con este telón de fondo, en ese momento también fue muy valorada por los miembros del DEILAP su incorporación a los ámbitos civiles del CONICET

43

debido a la legitimación social que este hecho implicaba ante el resto de la comunidad de investigadores, ya que su pertenencia a sectores castrenses en plena dictadura cívico-militar provocaba en algunas ocasiones el recha-zo de otras entidades científicas. Así, desde el punto de vista operativo, la nueva situación facilitó los pedidos de colaboración e intercambio con otros laboratorios, tanto del país como del exterior, así como la presentación de trabajos y resultados.Durante los años ochenta, si bien los investigadores del DEILAP siguieron trabajando en las principales áreas de trabajo que habían iniciado en las décadas anteriores, también incorporaron nuevas líneas de investigación. Junto con ello, cobraron mayor protagonismo en las actividades del labo-ratorio los intentos por aplicar los conocimientos acumulados en años de investigación básica al desarrollo de dispositivos de uso cotidiano, tanto en sectores militares como civiles. Así, si la década del setenta estuvo fuertemente marcada por la importan-cia estratégica que tenía para nuestro país el diseño y fabricación de todo tipo de láseres, durante los años ochenta paulatinamente en el DEILAP cobró fuerza el deseo de volcar a la sociedad, de forma más directa, el fruto de sus tareas. Como consecuencia de este cambio de perspectivas sobre las prioridades de investigación trazadas en la década anterior, la actividad académica y la publicación de trabajos originales en medios especializa-dos cobraron nuevos bríos. Este proceso fue posibilitado, en parte, por la incorporación de una nueva generación de estudiantes y becarios dentro del nuevo esquema de funcionamiento del Departamento como miembro del CONICET. Los integrantes de esta generación fueron también los primeros investi-gadores en realizar sus tesis doctorales en el DEILAP, a diferencia de los miembros que habían ingresado con anterioridad, quienes tras licenciarse dentro del Grupo Láser debían realizar luego sus estudios de doctorado en otras instituciones, normalmente del extranjero.También es muy importante la actividad que comienzan a realizar los miembros del DEILAP en el rubro de servicios técnicos. En los últimos años de la década del setenta y principios de los ochenta comenzaron a ingresar a nuestro país dispositivos láser para usos militares, medicina-les, comerciales o industriales, entre otros. Como en el ámbito local no había ninguna experiencia previa en el mantenimiento de estos equipos, el DEILAP tomó a su cargo esa tarea en algunos rubros. Entre ellos se en-contraban los primeros fotocoaguladores oftalmológicos que se instalaron en hospitales y clínicas.En este sentido, la colaboración con la sociedad civil no fue sólo en térmi-

44


nos de asistencia técnica. La utilización de dispositivos láser en diversas áreas de la medicina se fue intensificando paulatinamente en esos años. Como sucede con toda tecnología desconocida que se comienza a imple-mentar, surgieron inconvenientes en el manejo de la misma por parte de los profesionales médicos, que en algunos casos podían poner en peligro la salud de los pacientes. En este contexto, el DEILAP firmó un convenio que estuvo vigente por más de un lustro con el Ministerio de Salud Pública de la Nación, para el dictado de cursos de capacitación destinados a médi-cos y cirujanos, sobre las características y los peligros del uso indebido del láser en los seres humanos. En la esfera estrictamente militar, como un complemento al diseño y de-sarrollo de la telemetría láser, expertos del DEILAP comenzaron a realizar, en una actividad que se prolonga incluso hasta la actualidad, el manteni-miento y las reparaciones necesarias de los telémetros láser del Ejército y la Marina adquiridos en el extranjero.

II.Contexto nacionalDurante los años ochenta, el DEILAP y el Centro de Investigaciones Ópti-cas (CIOp) de la UNLP siguieron siendo las dos instituciones más impor-tantes del ámbito nacional en diseño e investigación en láseres. Incluso, hasta mediados de los años noventa ambas instituciones eran las únicas que formaban especialistas en esta área en nuestro país.Recién cerca de finales de los ochenta, en 1988, se creó en Tandil otro grupo dedicado a investigaciones en la materia, en el cual participaron discípulos formados tanto en el DEILAP como en el CIOp, el Laboratorio de Electró-nica Cuántica en el Instituto de Física Arroyo Seco (IFAS) dependiente de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Otro hecho de trascendencia para esta actividad en Argentina fue el surgi-miento en el año 1985 de Laser Optics, la primera y más importante em-presa privada del país dedicada a láseres. Su creación fue obra de uno de los investigadores formados en el DEILAP y en su lanzamiento participaron varios de sus miembros.

45

III.Bisturí láserJunto con su incorporación al CONICET, el DEILAP comenzó el desarro-llo de una importante aplicación de la tecnología láser a usos civiles. Entre los años 1980 y 1981, investigadores del Departamento constru-yeron el primer prototipo argentino de un bisturí láser, basado en un láser de CO2. Si bien el desarrollo de láseres continuos de CO2 en Argentina comenzó a fines de los sesenta, la mayor parte de los dispositivos fueron concebidos como modelos de laboratorio diseñados para realizar investigaciones.

Primer prototipo de bisturí láser del DEILAP

46


Por lo tanto, no habían recibido la cuota de desarrollo tecnológico necesa-ria para salir del ámbito académico y ser utilizados en otras aplicaciones. Para fabricar un aparato destinado a usos cotidianos, los constructores deben resolver problemas ligados a la ingeniería de detalle, lo que supone utilizar criterios de diseño basados tanto en las condiciones de operativi-dad del dispositivo, así como en pautas de presentación estéticas. En este sentido, un bisturí láser tiene necesariamente que cumplir con esos re-querimientos y ser extremadamente preciso y fiable. Numerosos fueron los problemas técnicos que tuvieron que resolver los investigadores, uno de los más importantes fue lograr que el bisturí láser pudiera manipularse con la misma soltura que uno tradicional. Para ello, y ante la inexistencia en esa época de fibras ópticas flexibles, se diseño un brazo articulado por rotulas que permitían el movimiento en cualquier dirección, en cuyo extremo se encontraba la pieza que movía el cirujano. Junto con ello, hubo que diseñar un sistema de guía en base a un láser de Helio-Neón de color rojo, ya que el haz de luz del láser de CO2 es invisible, lo cual requirió de un complicado proceso de ajuste. Este dispositivo se instaló en el Servicio de Dermatología del Hospital Ar-gerich, en donde funcionó correctamente durante años.Con los datos recabados a lo largo del funcionamiento del primer proto-tipo, en el año 1987 el DEILAP diseñó un segundo modelo que incorporó numerosas mejoras, fundamentalmente automatizó diversas funciones e incorporó un dosímetro que permitía conocer las dosis de radiación em-pleadas. Este modelo también se entregó al Servicio de Dermatología del Hospital Argerich. Con el bisturí láser, el DEILAP logró hacer realidad un viejo anhelo de sus miembros, la transferencia tecnológica de sus desarrollos a sectores de la sociedad civil. A fines de 1986 las autoridades de CITEFA suscribieron un convenio de cesión tecnológica a cambio de regalías con la empresa Ray-Cord. Dicho convenio también incluía la capacitación y entrenamiento de ingenieros y técnicos de la empresa. El bisturí argentino tuvo como competencia en el mercado uno de proce-dencia israelí, varias veces más caro que el nacional; sin embargo, lo que parecía ser un futuro promisorio para un desarrollo tecnológico propio ter-minó abruptamente: la crisis económica de fines de los años ochenta llevó a la empresa a la quiebra. Como parte del convenio, también se transfirió a la empresa Ray-Cord la tecnología necesaria para construir un láser de corte de CO2 de 200 vatios para usos industriales. En su construcción se sintetizaron 15 años de ex-periencias recogidas en el desarrollo de modelos previos, con el objetivo de lograr un producto que fuera capaz de soportar las duras condiciones de trabajo industrial. El modelo final tuvo una potencia de 230 vatios y fue presentado en una feria de productos industriales de San Pablo, Brasil.

47

El bisturí láserLa posibilidad de aplicar la tecnología láser para la fabri-cación de instrumentos de uso médico estuvo presente en la mente de los investigadores de todo el mundo desde el mismo momento de su invención. Ya a principios de los años sesenta comenzaron a desarrollarse dispositivos con usos en dermatología; posteriormente llegarían las aplica-ciones en oftalmología o en cirugía. En ciertas áreas de la medicina, la posibilidad de realizar cortes de tejido con técnicas láser presenta ventajas frente a los bisturíes de corte tradicional. Por un lado, un bisturí láser produce menos daños y menor sangrado debido al efecto de coagulación que produce sobre los tejidos cerca-nos; por otra parte es más preciso y se puede determinar, en razón de la intensidad del haz de luz, con mayor exac-titud la profundidad de corte. Otra ventaja añadida es que reduce las posibles fuentes de infección ya que lo único que entra en contacto con la piel es el haz de luz.¿Cómo funciona el bisturí láser? El haz de luz emitido por el láser es absorbido por el agua presente en las células, calentándola hasta generar pequeñas bolsas de vapor que se expanden y provocan la ruptura de los tejidos.

Bisturí comercial fabricado por Ray-Cord

48


IV.Trabajos urgentesEn el año 1982, en el marco del conflicto bélico en el Atlántico Sur por las Islas Malvinas, el DEILAP recibió dos requerimientos urgentes de las Fuerzas Armadas: el diseño y fabricación de un altímetro de baja cota y el balizamiento luminoso de la pista de aterrizaje de las islas. La necesidad de satisfacer inmediatamente esos pedidos determinó que durante esas semanas estuviera afectado en los mismos el 80% del personal del labo-ratorio.Durante el conflicto, los aviadores argentinos debían volar a muy baja al-tura para evitar ser detectados por los radares enemigos, lo cual, dado las extremas condiciones climáticas de la zona era extremadamente difícil de lograr, más aún sobre un mar embravecido con olas de varios metros de altura. Así, poder equipar los aviones con un altímetro que permitiera volar cerca de la superficie minimizando los riesgos de los pilotos era de vital importancia. El método clásico para medir una altura o cualquier dis-tancia es el mismo del radar o del telémetro láser y está basado en emitir un pulso electromagnético y medir el tiempo que tarda en el camino de ida y vuelta. Si bien el DEILAP trabajaba desde hacía años en el telémetro, la tecnología del mismo, desarrollada para mediciones de varios kilómetros de distancia, no se podía adaptar fácilmente al problema de medir unos pocos metros de altura. Por este motivo, los investigadores decidieron uti-lizar una tecnología costosa y de reciente aparición en aquellos años, los diodos láser. Los problemas técnicos que debieron resolver no fueron menores. Como el altímetro estaba destinado a un avión, en donde cada kilo adicional sig-nifica menos tiempo de autonomía de vuelo, el equipo debía ser pequeño y liviano. Junto con ello era necesario diseñar un circuito que proveyera un pulso de alta corriente pero de una duración de fracciones de segun-do. A su vez, la energía emitida por el láser era pequeña, por lo que el pulso que retornaba de la superficie tenía tan poca energía que era difícil de discernir. Una gran dosis de creatividad suplió la falta de componentes sofisticados, ya que todos los problemas fueron resueltos con componentes electróni-cos comunes, como los que se usan para reparar televisores. En el marco de las urgencias del conflicto, el altímetro láser fue un destacable logro del DEILAP, ya que el prototipo resultante cumplió muy bien con la de-manda de medir con precisión alturas de unas pocas decenas de metros. Versiones posteriores mejoraron distintos aspectos del modelo original.

49

Sin embargo, al igual que con otros desarrollos nacionales, las condicio-nes económicas de fines de los años ochenta determinaron la cancela-ción del proyecto, lo que impidió la evolución a un modelo transferible.

El otro pedido cumplido satis-factoriamente, el balizamiento luminoso de la pista aérea de Malvinas, en rigor, no requirió de dispositivos láser. Como es co-mún en los aeropuertos, se usa-ron lámparas flash que emiten destellos de cortísima duración y alta intensidad, las cuales son especialmente útiles para seña-lizaciones en situaciones de baja visibilidad. Para esta tarea se requirió la colaboración del DEI-LAP por la larga experiencia que

habían acumulado los investigadores fabricando y diseñando este tipo de lámparas, uno de los componentes básicos de los láseres. Así, tanto la fabricación de las balizas, como la supervisión de su instalación en el archipiélago estuvieron a cargo de personal del centro.

50


V.Desarrollo de láseresSi bien durante esta década cobraron más importancia las aplicaciones prácticas, los trabajos en desarrollo y optimización de láseres en base a las nuevas investigaciones y descubrimientos en el área no se detuvieron. Incluso muchos de los nuevos diseños fueron consecuencia de los requeri-mientos que exigían esas aplicaciones. Así, se desarrollaron láseres de Neodimio:YAG continuos, para los cuales tuvieron que resolverse numerosas cuestiones técnicas, ligadas en lo fun-damental a los serios problemas térmicos que presentan estos dispositi-vos a diferencia de los que emiten de forma pulsada. También se fabricaron láseres de Neodimio:Vidrio de pulsos ultracortos de picosegundos (10-12 s), los cuales se usaron para experiencias de es-pectroscopía ultrarrápida que estaban en la frontera más avanzada de la época.Por otra parte, como una muestra de la interacción entre las diferentes

Láser de colorantes bombeado por láser de Nitrógeno

51

divisiones del DEILAP y la retroalimentación entre desarrollo y aplicacio-nes prácticas, los investigadores aprovecharon la experiencia adquirida en el diseño del telémetro láser para construir prototipos de láseres de Neodimio pulsados, cuya radiación infrarroja característica es convertida al ultravioleta o al visible –en color verde– mediante cristales especiales.

VI.Separación isotópicaLa reanudación en los estudios en separación isotópica, tras el logro con-seguido años antes con la molécula del hexafluoruro de azufre, en parte estuvo ligada a la llegada al DEILAP, entre fines de los años setenta y prin-cipios de los ochenta, de investigadores que realizarían en la institución sus tesis de licenciatura o doctorado en el área. Así, en el marco un convenio firmado con la CNEA, se llevaron adelante experiencias con láseres pulsados de CO2 sobre dos campos de especial interés. Por un lado se abordó el proceso de separación de un isótopo del hidróge-no, el deuterio, con vistas a producir agua pesada, un insumo fundamental en reactores de fisión nuclear del tipo CANDU como los de Atucha o Em-balse. Si bien el resultado de los experimentos fue satisfactorio y se logró descubrir numerosas propiedades, tanto del deuterio, como de la molécula de trabajo utilizada para la separación, el cloroformo, el proyecto de pro-ducción de agua pesada por láser se desechó porque no resultaba econó-

Espectroscopía ultrarrápidaLa espectroscopía ultrarrápida se utiliza para estudiar cambios en los niveles de energía atómicos en pequeñísi-mas unidades de tiempo. Para ello son necesarios láseres que emitan trenes de pulsos ultracortos que se encuentren en el orden de los picosegundos. Esta técnica es de gran utilidad para estudiar procesos biológicos, donde los tiem-pos de vida son muy reducidos.

Láser de colorantes bombeado por láser de Nitrógeno

52


micamente viable frente a otros métodos industriales.

Por otra parte, se retomaron las investigaciones en la línea de enrique-cimiento de uranio iniciada en la década anterior con los trabajos sobre hexafluoruro de azufre, pero ahora con la finalidad realizar un estudio de factibilidad de enriquecimiento de uranio a partir del hexafluoruro de uranio (UF6). Con este fin, se investigó un procedimiento conocido como método de absorción multifotónico infrarrojo, junto con el láser necesario. En esta tecnología el gas molecular se irradia con un color infrarrojo, ele-gido específicamente para disociar un isótopo determinado, en este caso el uranio-235; así la molécula, al absorber un conjunto de fotones comienza excitarse y vibrar hasta fragmentarse. El dispositivo que se requiere para este proceso es un láser pulsado no convencional, que se obtiene de un proceso llamado efecto Raman en el hidrógeno molecular, excitado con un láser de CO2 con pulsos cortos y de alta energía, con una potencia instan-tánea de varios megavatios y que emite en 10 micrones. De esta forma se convierte la radiación de 10 a 16 micrones. Como parte anexa a las investigaciones sobre separación isotópica, el per-sonal del DEILAP puso especial énfasis en un tema que durante los años ochenta tuvo gran importancia en laboratorios de todo el mundo, los pro-cesos de transferencia de energía entre moléculas. El estudio de estos procesos tiene especial relevancia para los investiga-dores porque para separar isótopos, primero hay que excitar energética-mente las moléculas en donde se encuentran para provocar una acumu-

Agua pesadaEl agua pesada es un bien escaso en la naturaleza. A dife-rencia del agua común, su molécula está compuesta por un isótopo del hidrógeno, el deuterio, que tiene un neutrón más en su núcleo, de ahí que se la denomine “pesada”. Esta diferencia en los elementos de su núcleo modifica su punto de ebullición y la vuelve más densa, características que permiten su uso como refrigerante y moderador en los reactores que utilizan uranio natural como combustible. En nuestro país, tanto las centrales de Embalse, como las de Atucha I y II, utilizan agua pesada. En la actualidad la Ar-gentina es uno de los principales productores mundiales, gracias a la Planta Industrial de Agua Pesada (PIAP) que la Empresa Neuquina de Servicios de Ingeniería (ENSI) ges-tiona en Arroyito, Neuquén.

53

lación de energía en vibraciones internas hasta su ruptura. Sin embargo, bajo ciertas situaciones puede suceder que la energía irradiada se pierda al transferirse, ya sea internamente dentro de la misma molécula o bien externamente a los gases que bañan las moléculas de interés. Así, com-prender estos procesos es vital para mejorar la selectividad y la eficiencia energética de los procesos de separación isotópica por láser.En ese campo los investigadores trabajaron con moléculas poco y altamen-te excitadas, con métodos de detección nuevos e incorporaron la técnica de fluorescencia infrarroja. Los resultados de estas investigaciones quedaron plasmados en numerosas publicaciones en ámbitos internacionales

Vista de la Planta Industrial de Agua Pesada (PIAP)

Vista espacial de la tierra

04



55

DÉCADADEL NOVENTA:PERMANENCIA

56

04 DÉCADA DEL NOVENTA:PERMANENCIA

I.PermanenciaLa dinámica político-económica que tuvo lugar durante la última déca-da del siglo XX produjo graves consecuencias sobre la mayor parte de la sociedad argentina. El proceso de reforma del Estado encabezado por la administración menemista, basado en la indiscriminada privatización de activos públicos y el progresivo desfinanciamiento de organismos estatales fundamentales para el desarrollo de cualquier sociedad moderna, junto con la liberalización de la economía y la destrucción del tejido industrial, produjeron situaciones de desigualdad social crecientes. En este contexto, el sistema científico argentino y las instituciones educativas del Estado se vieron tremendamente perjudicados. Así, si durante las décadas del sesenta y setenta la fuga de cerebros estuvo principalmente motivada por la precaria situación política y la persecución ideológica, desde fines de los ochenta hasta entrados los primeros años del siglo XXI, la causa principal del vaciamiento de las universidades y cen-tros de investigación fue económica. El DEILAP, si bien pudo contar con la financiación mínima para seguir adelante con los estudios abordados con anterioridad e incluso logró abrir nuevas líneas de investigación gracias a subsidios puntuales, también su-frió las consecuencias de la crisis social. En términos humanos, el centro tuvo que lamentar la pérdida de varios científicos de gran nivel que continuarían su carrera en prestigiosas uni-versidades e institutos extranjeros. En todos los casos ocuparían lugares de privilegio y lograrían renombre mundial, lo cual nos habla de la calidad de los investigadores formados en el DEILAP, tanto de los que emigraron como de aquellos que eligieron permanecer en el país. Durante ese período, y al igual que en otros centros de investigación es-tatales como la CNEA, el INTI o el INTA, también se evidenció una notoria baja en el ingreso de jóvenes, ya sea para realizar sus tesis de licenciatura o doctorado, como para continuar su carrera de investigadores en el DEI-LAP. Esto provocó un estancamiento en la formación de nuevos especialis-tas y una brecha generacional, que recién en la actualidad de la mano del decidido apoyo estatal y de políticas públicas en ciencia y tecnología, se está revirtiendo con el ingreso de jóvenes nuevamente. A nivel nacional, a pesar del deterioro generalizado de las condiciones para

57

hacer ciencia, durante 1993 la actividad láser sumó el empuje de dos nue-vos actores. El Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA creó el Laboratorio de Electrónica Cuántica (LEC), lo cual supuso, luego de la disolución del antiguo laboratorio en 1966 tras “la noche de los bastones largos”, la vuelta de esta institución a las activi-dades en el área. A su vez, la Asociación Física Argentina creó la División Fotofísica, en donde hasta el día de hoy especialistas nacionales e interna-cionales exponen trabajos dedicados a temáticas especiales.

II.Actividades en el DEILAPDurante la década del noventa, tanto en el DEILAP como en los demás grupos locales, la relación entre construcción de láseres e implemen-tación de técnicas y aplicaciones terminó por equilibrarse. Esto sucedió porque debido a los avances tecnológicos se tornó mucho más compli-cado para los científicos argentinos fabricar los nuevos insumos que surgieron a nivel mundial; a pesar de ello, se siguió con las investigacio-nes destinadas a lograr nuevos progresos en láseres. Al mismo tiempo, el desarrollo de aplicaciones, además de cumplir con el viejo anhelo de brindar beneficios más directos a la sociedad, permitía a los científicos acceder a subsidios complementarios para paliar la falta de recursos. Así, a las líneas de investigación que ya tenían décadas de existencia, se sumaron otras en donde fue posible aplicar el bagaje de conocimien-tos adquiridos por los miembros del Departamento en más 25 años de trabajo. Entre ellas se destaca una que cobraría gran importancia hasta la actualidad: la aplicación de sistemas láser al estudio de los problemas medioambientales.¿Cuáles son las causas de este protagonismo? En las últimas cuatro décadas el problema del deterioro ambiental se tornó paulatinamente más acuciante. Es por ello que en todo el mundo surgieron numerosas organizaciones e instituciones, tanto para proteger a la naturaleza, como para intentar determinar las causas de los procesos de cambio de las condiciones medioambientales y sus posibles consecuencias.Fue así que en la década del noventa cobraron gran impulso a nivel

58


internacional los intentos por utilizar las técnicas láser para detectar la presencia de contaminantes ambientales, así como para intentar com-prender la naturaleza de fenómenos atmosféricos como la destrucción de la capa de ozono o el efecto invernadero. Con este telón de fondo, y asumiendo que el cuidado ambiental es un tema estratégico que está dentro de los objetivos de la defensa nacional, el DEILAP decidió redireccionar experiencias y conocimientos adquiridos en espectroscopía, separación isotópica o desarrollo de dispositivos, entre otros sectores, para internarse en este campo específico de aplicaciones. Por supuesto, todo esto sin dejar de lado los proyectos y requerimientos específicos de las Fuerzas Armadas.

III.Desarrollo de láseresSi bien durante este período hubo buenas y malas noticias en este sector, afortunadamente el balance global fue positivo. Las malas noticias estu-vieron ligadas a que el DEILAP dejó de construir láseres de gases nobles, como los de Argón o los de Helio-Neón, después de dos décadas de impor-tantes logros. Junto a razones de índole económica –en esos años era más barato importar un láser que construirlo–, uno de los motivos principales de esta decisión fue que la mayoría del personal que se dedicaba a esa especialidad emigró al extranjero. Sin embargo, en otras líneas de trabajo se siguió operando para dar res-puestas autónomas a las exigencias que surgían en el campo de las aplica-ciones, así como para incorporar a los diseños los adelantos tecnológicos más modernos. A finales de los años ochenta aparecieron en el mercado internacional dio-dos láser con la suficiente potencia y duración como para reemplazar a las lámparas flash como fuente de bombeo de los láseres de Neodimio. Los diodos láser son más pequeños, livianos, robustos y eficientes que las lámparas flash, disipan mejor el calor y, a diferencia de las mismas, no necesitan de las voluminosas fuentes de alta tensión. Esto provocó una revolución en los diseños, dando origen a los láseres de estado completamente sólido o all solid-state, que ampliaron notablemen-

59

te las posibilidades de uso fuera de los laboratorios de estos dispositivos. Así, el DEILAP inició su desarrollo a mediados de los años noventa, lo-grando diseñar y construir el primer láser del mundo de Neodimio:YAG all solid-state de pulsos de picosegundos por efecto Kerr. Por otra parte, con esta tecnología, los investigadores desarrollaron el “kit educativo”, una serie de dispositivos de láser sólido bombeados por diodos para uso en instituciones educativas de nivel superior. El diseño fue trans-ferido a la industria local y las unidades producidas fueron vendidas tanto en universidades de nuestro país, como en México y Suiza.

No obstante, no solo en el área de láseres sólidos el DEILAP obtuvo valio-sos logros. Cerca del fin del milenio, tras varios intentos fallidos se desa-rrollaron por primera vez en Argentina láseres de colorantes que utilizan como fuente de bombeo una lámpara flash en lugar de otro láser, para lo cual los investigadores tuvieron que resolver complejos problemas técni-cos. Estos dispositivos emiten pulsos de luz más largos –en el orden de los microsegundos (10-6 s)– que son de interés en algunas aplicaciones médicas como la destrucción de tumores de piel. Como ventaja añadida, al no requerir de otro equipo láser completo para su bombeo, estos aparatos son mucho más baratos que otros láseres de colorantes.

Kit educativo

60


IV.AplicacionesGiróscopoA fines de los años noventa CITEFA recibió un pedido de colaboración de la Co-

misión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) que fue trasladado inme-

diatamente al DEILAP. Este consistía en el desarrollo de un giróscopo de fibra

óptica para equipar los satélites que construían en forma conjunta la CONAE

con la empresa tecnológica rionegrina INVAP SE.

El giróscopo es un instrumento de navegación fundamental en cualquier misión

satelital ya que permite medir y posicionar angularmente, mediante la correc-

ción de determinados parámetros, el movimiento de los satélites en órbita.

Después de dos años de duro trabajo, en los cuales los investigadores fabricaron

mecanismos y lograron dominar técnicas y procedimientos que no habían im-

plementado con anterioridad, se obtuvo un prototipo de laboratorio que cumplía

satisfactoriamente los requerimientos recibidos. El siguiente paso, que no llego

a darse, era miniaturizar el dispositivo para adaptarlo a las condiciones opera-

tivas del satélite.

Lamentablemente por problemas burocráticos el proyecto encargado al DEILAP

se interrumpió de manera abrupta y fue posteriormente desarrollado íntegra-

mente por el CIOp de La Plata, en donde fue miniaturizado y ensayado con éxito

en el satélite SAC-D Aquarius lanzado al espacio en el 2011.

Prototipo de giróscopo de laboratorio desarrollado en el DEILAP

61

Química atmosféricaDe forma congruente con el espíritu general de la década, en el DEI-LAP otras actividades estuvieron fundamentalmente ligadas a ofrecer información que pudiera ser de ayuda en estudios de contaminación y degradación de la naturaleza. Entre los problemas medioambientales, uno de los más acuciantes era, y lo sigue siendo en la actualidad, el de la destrucción de la capa de ozono (O3). Para poder comprender los procesos químicos mediante los cuales se destruye y se regenera el ozono presente en las capas altas de la at-mósfera, es fundamental realizar experiencias que permitan aislar las reacciones químicas presentes en esos procesos. Sin embargo, como a nivel del mar el ozono se encuentra presente en bajas proporciones en la masa gaseosa que nos rodea, se vuelve primordial producir en condi-ciones de laboratorio muestras de gran pureza para experimentación.Si bien ya en 1985 el DEILAP se había propuesto estudiar moléculas de interés atmosférico, recién a principios de los años noventa, gra-cias a un subsidio fruto de un convenio entre el CONICET y el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), la institución de in-vestigación científica más importante de Francia, los investigadores encararon con más intensidad las investigaciones.El ozono no es un gas sencillo para experimentar. Es explosivo y, en razón de su reactividad, difícil de almacenar por períodos prolongados de tiempo. A pesar de ello, los encargados de esta tarea pudieron do-minar a la perfección los pasos para su elaboración y almacenamien-to, logrando producir grandes cantidades en condiciones de altísima pureza. Gracias a ello los investigadores estuvieron en condiciones de irradiar el ozono y analizar aspectos fundamentales del mismo como su espectro de absorción de energía lumínica. Una vez dominadas estas técnicas, se empezaron a desentrañar algu-nas reacciones de interés en la química atmosférica. Utilizando láse-res de CO2 de alta y baja energía se estudio cómo era la absorción del ozono y sus reacciones con diferentes tipos de gases y compuestos clorofluorocarbonados (CFCs).En particular, se avanzó en la observación de la interacción con el freón12, causa principal de la destrucción de la capa ozono, realizan-do importantes aportes mundiales en la materia. El estudio permitió

62


verificar y describir de manera detallada los cuatro canales en que se desarrollan esas reacciones (hasta ese momento había postulados cinco posibles), midiendo las velocidades y la eficiencia de cada uno

de los canales respecto de los otros. Para ello los investigadores uti-lizaron en un primer momento un láser de colorante bombeado por láser de Neodimio, para luego usar, en razón de su mayor potencia, radiación ultravioleta de 266 nanómetros generada directamente por el láser de Neodimio. También es destacable que las experiencias se desarrollaron en distintos escenarios de presión, algo muy impor-tante teniendo en cuenta que en las capas altas de la atmósfera las condiciones barométricas difieren sustancialmente de la superficie terrestre.

63

La capa de ozonoLa mayor parte del oxígeno presente en la atmósfera te-rrestre se encuentra en forma diatómica, es decir en una molécula compuesta por dos de sus átomos, el dióxido de oxígeno (O2). En cambio el ozono (O3) es una variedad alo-trópica compuesta por tres átomos de oxígeno, que tiene la propiedad de absorber un rango de las radiaciones ultra-violetas, precisamente aquellas que son nocivas para los seres vivos. El 90% del ozono atmosférico se encuentra en la estratós-fera, formando un escudo protector que permite el desa-rrollo de la vida en la Tierra tal como la conocemos. En las capas altas de la atmósfera el ozono se encuentra en un constante proceso de destrucción y regeneración producido por las peculiares condiciones de presión y tem-peratura de la estratósfera y por la acción de las radiacio-nes ultravioletas. Sin embargo, el ozono es un gas muy inestable que reacciona fácilmente con otras sustancias, en 1987 se comprobó que la presencia de los compuestos clorofluorocarbonados que componen algunos solventes y refrigerantes industriales, junto a otras sustancias prove-nientes de actividades humanas, altera el equilibrio natu-ral de la capa de ozono provocando su destrucción.

Espectrómetro de masas

64


LIDARJunto con los importantes avances en la comprensión de la interac-ción entre el ozono y los clorofluorocarbonos, y también a partir de un subsidio obtenido luego de un llamado a concurso del CONICET, se co-menzó a desarrollar en el año 1992 uno de los proyectos que, a través de sucesivos avances teóricos y materializaciones tecnológicas, pasó a ocupar un lugar destacado entre las actividades del DEILAP y se pro-longaría hasta la actualidad: el LIDAR (Light Detection and Ranging).Al igual que el Radar (Radiowaves Detection and Ranging), el LIDAR es una tecnología que permite detectar objetos y superficies a distancia. Sin embargo, a diferencia del primero, que opera emitiendo ondas de radio, el LIDAR utiliza pulsos de luz originados en un emisor láser.Si bien esta tecnología tiene aplicación en actividades como la geo-

logía o la topología, los miembros del DEILAP decidieron utilizarla para el estudio de la química y la física atmosférica. ¿Con qué propósito? Para detectar y estudiar de forma remota la pre-sencia de sustancias de interés como ozono, ae-rosoles (partículas mi-croscópicas, líquidas o sólidas, en suspensión) o contaminantes ambien-tales, tanto en la tropós-fera, la capa de la atmós-fera que está en contacto con la tierra y se prolonga hasta unos 12 km de altu-ra promedio, como en la

estratósfera, que se encuentra entre los 12 km y los 50 km de altura. El primer objetivo fue analizar la composición de una particular forma de aerosoles, los cirrus, nubes compuestas por cristales de hielo. El sistema móvil, basado en un láser de Neodimio:YAG pulsado, fotomul-tiplicadores y un telescopio de recepción de 50 cm de diámetro, se ins-

65

taló en el predio de Villa Martelli. Así, en septiembre de 1994 comenzó a funcionar el primer LIDAR de retrodifusión de nuestro país.El siguiente objetivo fue desarrollar un sistema LIDAR de absorción diferencial, o DIAL (Differential Absorption Lidar) para la medición de los niveles de concentración de la capa de ozono estratosférico en fun-ción de la altura, en el sur de la Patagonia. Este proyecto supuso un gran desafío para sus hacedores, ya que además de presentar niveles de complejidad muy superiores al LIDAR de retrodifusión, era mucho más caro. Además, no había más de una docena de unidades de este tipo operando en todo el mundo.

El LIDAR de absorción diferencial (DIAL) y el LIDAR de re-trodifusiónLos sistemas LIDAR funcionan emitiendo pulsos láser de muy corta duración hacia la atmósfera, en donde los foto-nes que componen esos pulsos interactúan con los com-puestos allí presentes. Algunos fotones son absorbidos por las mismas moléculas, mientras que otros rebotan y desvían su rumbo en múltiples direcciones, regresando en ciertos casos a la superficie terrestre. Los fotones que re-tornan dentro del campo visual del telescopio de recepción del sistema –compuesto por uno o varios espejos–, son recolectados por una fibra óptica y separados por filtros; luego estos datos son procesados y analizados con la ayu-da de computadoras, obteniendo valiosa información sobre las partículas presentes en la atmósfera. ¿En qué se diferencian el DIAL del LIDAR de retrodifusión?El LIDAR de retrodifusión envía pulsos láser en longitudes de onda que no son absorbidas por los componentes de la atmósfera, en cambio el DIAL envía dos pulsos paralelos en diferentes longitudes de onda tal que uno de ellos sí es absorbido por el componente atmosférico a estudiar, mientras que el otro no lo es. Así, mediante la comparación de los datos provenientes de ambos pulsos láser es posible determinar tanto la concentración como la altura a la que se encuentra una determinada sustancia.

66


Para hacer realidad este proyecto, el grupo del DEILAP estableció relaciones de colaboración con prestigiosos especialistas en química atmosférica y ozono pertenecientes en su gran mayoría a institucio-nes de Francia, como la École Polytechnique, el Service d´Aéronomie, o la Université Paris XIII. Por intermedio de esos especialistas, se lo-gró la donación de un container preparado para laboratorio móvil en donde instalar el sistema DIAL.Medir concentraciones de ozono estratosférico no es lo mismo que detectar y analizar aerosoles, por eso el sistema DIAL presentaba algunas diferencias operativas con el LIDAR de retrodifusión. El DIAL descansaba sobre la tecnología de dos láseres, uno de excímero, que emitía radiación en un rango de frecuencia que es absorbida por el ozono, y otro láser de Neodimio:YAG, cuya radiación no es absorbida por el ozono y que sirve de referencia. De este modo los investigadores podían obtener un perfil de la con-centración de ozono en función de la altura. El sistema era autocalibrado y de gran precisión, y permitía alcanzar una altura de medición de unos 40 a 50 km, superiores a las alcan-zada por los globos sonda. El DIAL se instaló también en el predio de CITEFA en Villa Martelli. Entró en funcionamiento en 1998 y con él se midió por primera vez perfiles de concentración de ozono sobre el cielo del Gran Buenos Aires con un equipo fabricado en Argentina. Sin embargo, el objetivo último del sistema DIAL era la medición del ozono estratosférico en los cielos del sur de la Patagonia, una de las regiones del mundo más afectada por la problemática de la destrucción de la capa de ozono. Por lo tanto, el instrumento debía incorporar cambios que posibilitaran su uso en esas regiones y que redundaran en mejoras en su funcionamiento. Como esa parte de la historia pertenece ya al siglo XXI, la dejamos para el próximo capítulo.

67

Telemetría

Los trabajos en telemetría atraviesan toda la historia del láser en CITEFA. Entre 1996 y 1998 se firmó un convenio de repotenciación de telémetros láser con la Dirección de Arsenales del Ejército Ar-gentino, mediante el cual se recuperaron 35 de las 55 unidades en-tregadas al DEILAP. Los trabajos incluyeron recambios de la barra láser, reparación de los componentes ópticos y deshumectación de su interior. Desde mediados de los años ochenta hasta mediados de los noven-ta, cuando se concluyó el informe metodológico, también se traba-jó en el diseño para un primer prototipo de iluminador de blancos láser. El puntapié para este desarrollo fueron las investigaciones realizadas sobre un dispositivo de este tipo, con signos de daños, capturado a las fuerzas británicas durante la guerra de Malvinas. De la mano de nuevas tecnologías y del aporte de los recursos eco-nómicos necesarios, los desarrollos propios del telémetro y del ilu-minador láser recibirían nuevos impulsos durante la siguiente dé-cada

Iluminador de blancos láserA diferencia del telémetro, que sirve para conocer la dis-tancia, el iluminador láser se utiliza para destacar un ob-jetivo y hacerlo fácilmente identificable a un observador estático o móvil. Para este propósito se requiere de un sistema láser que emita pulsos con altas frecuencias de repetición hacia el blanco de interés. La precisa identifica-ción del objetivo que se alcanza con este dispositivo per-mite realizar disparos de gran exactitud y eficacia, lo cual lo convierte en un valioso instrumento para las Fuerzas Armadas. Además, como el haz de luz es invisible, si las posiciones enemigas no cuentan con equipos de detección láser, el iluminador de blancos permite actuar en el teatro de operaciones de forma sorpresiva.

05

Experimentos de tomografía de procesos cuánticos

69

SIGLO XXI:PRESENTE Y FUTURO


70

05 SIGLO XXI:PRESENTE Y FUTURO

I.Presente y futuroLa llegada del nuevo milenio no trajo noticias alentadoras para la Argentina. La profundización de la crisis económica y la grave convulsión político–institu-cional que tuvo lugar entre diciembre del 2001 y gran parte del año 2002, su-mieron a el país en un deterioro material y social pocas veces visto en nuestra historia. Sin embargo, de la mano de un Estado que asumió políticas activas para la generación de empleo, la recuperación industrial y la inclusión social, el país fue poco a poco ingresando en una dinámica de crecimiento sostenido. En este marco, desde mediados de la primera década del nuevo milenio las ac-tividades en CITEFA cobraron nuevo impulso gracias a algunas importantes me-didas tomadas por el entonces presidente Néstor Kirchner. Por un lado, a partir del año 2005 el Ministerio de Defensa fue incrementando gradualmente su pre-supuesto, parte del cual se destinó a apoyar fuertemente los proyectos de inves-tigación y desarrollo científico de los laboratorios de su órbita, en un proceso que continúa hasta el día de hoy. Por otra parte, el Estado decidió llevar adelante una política de impulso a la ciencia y a la técnica sin parangón en los últimos decenios, con el claro objetivo de posibilitar un desarrollo nacional autónomo y soberano a través de la complementación entre innovación tecnológica y avance productivo. Junto con este proceso de progresivos incrementos presupuestarios, el cam-bio en las perspectivas estatales acerca del rol que deben desempeñar las instituciones pertenecientes a las Fuerzas Armadas en el marco de un Esta-do democrático, llevó a una redefinición de las funciones propias de CITEFA. Como consecuencia de ello, cambió su nombre y pasó a llamarse Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CITEDEF), denomina-ción que retrata con mayor fidelidad la extensión de sus tareas.

II.ActualidadDurante la primera década del presente siglo las investigaciones centradas

71

en temáticas láser cobraron gran impulso y surgieron en universidades e instituciones de todo el territorio nacional numerosos grupos que trabajan en variadas aplicaciones; no obstante, el DEILAP sigue siendo en la actuali-dad uno de los centros de referencia más importantes del país y goza de un prestigio bien ganado.Junto con todos los desarrollos y aplicaciones de utilidad tanto militar como civil que surgieron de sus laboratorios, en sus casi cincuenta años de historia la dinámica interna de funcionamiento del DEILAP produjo la creación –en cierto modo involuntaria– de una escuela de física ex-perimental, en cuyas instalaciones se formaron más de un centenar de discípulos y profesionales de alto nivel, muchos de ellos con gran proyección nacional e internacional. Además de colaborar con instituciones científicas del extranjero, sus miembros realizaron numerosas contribuciones de interés en base a publicaciones en medios especializados. Esto les permitió alcanzar –y mantener en la actualidad– posiciones prestigiosas y ser incluidos en las redes mundiales de evaluación de trabajos originales en calidad de revisores. Por otra parte, gracias a la importancia asignada a la actividad científica por parte del Estado, y al consiguiente aumento de los recursos financie-ros disponibles, las actividades del DEILAP cobraron un nuevo dinamis-mo. Así, a las tradicionales áreas de interés como desarrollo de láseres, telemetría, separación isotópica o espectroscopía, se sumaron en esta década nuevos campos de investigación como la óptica cuántica. Este dinamismo también puede verificarse en la incorporación de una nueva camada de jóvenes investigadores que en los últimos años se integraron al DEILAP para desarrollar sus tesis de licenciatura o doc-torado, gracias a lo cual casi cincuenta años de experiencias y conoci-mientos en el área láser están siendo traspasados a las generaciones venideras.En la actualidad el Departamento cuenta con más de sesenta integran-tes entre los que se cuentan físicos, ingenieros, técnicos y colaborado-res repartidos ahora en diez divisiones operativas a las que se suman los talleres de óptica y de mecánica. Cada una de estas divisiones tiene a su cargo líneas de investigación definidas que en ciertos casos están en vigencia desde 1965; sin embargo, las fronteras entre una y otra son permeables y en la mayoría de los proyectos encarados por el DEILAP participan en estrecha colaboración varias de ellas.

72


III.Láseres para el nuevo milenioDurante el nuevo siglo, el desarrollo de láseres por parte de la División Láseres Sólidos siguió evolucionando hacia aplicaciones de interés militar y hacia su utilización tanto en sistemas para la vigilancia y el cuidado de los recursos naturales, como en modernos procesos industriales.Así, los láseres all solid–state que comenzaron a gestarse la década an-terior son en la actualidad la base del iluminador de blancos y de la nueva generación de telémetros láser que están diseñando y construyendo en la División Telemetría Láser del DEILAP. Otro importante proyecto en curso en esta área es el desarrollo de láseres seguros para la vista o eye–safe la-sers. En estos dispositivos se busca reemplazar el neodimio por materiales como el erbio u otros, cuya longitud de onda no es dañina al ojo humano. El objetivo de esta innovación es evitar que, ya sea en situaciones de combate o de en-trenamiento, el personal propio sea herido por reflejos incontrolados de

Estructura actual del DEILAPDirector: Dr. Francisco ManzanoDivisiones y jefes a cargo Telemetría Láser: Dr. Piero DiodatiLáseres Sólidos: Dr. Alejandro HniloRadar Láser: Dr. Mario LavoratoÓptica Cuántica: Dr. Miguel LarotondaTécnicas Espectroscópicas: Dra. Verónica SlezakSensores Láser: Lic. Alejandro PeuriotFotofísica UV–Visible: Dr. Francisco ManzanoLáseres Moleculares: Dr. Jorge CodniaFotofísica Láser en Gases: Dra. Laura AzcárateLIDAR Villa Martelli y Río Gallegos: Dr. Eduardo QuelTaller de Óptica: Téc. Osvaldo VilarTaller de Mecánica: Ing. Mauricio Pagura

73

Láser de Colorantes en operación

74


la radiación láser de alta potencia presente tanto en los telémetros como en los iluminadores de blancos.Además, los láseres all solid–state son parte de un abanico de aplicaciones que van desde su uso como fuentes de emisión láser en el despliegue de una red económica de estaciones micro–LIDAR de mediciones de dinámica y polución at-mosférica, hasta su utilización en la generación de estados no clásicos del campo electromagnético para experimentos fundamentales, así como para novísimas aplicaciones como la criptografía cuántica. Y por supuesto, para estudios básicos de la compleja dinámica propia del funcionamiento de estos mismos láseres. Dentro de los dispositivos bombeados por diodos, otro desarrollo muy interesan-te es el de láseres de Neodimio:Vidrio, los cuales permiten disponer de fuentes de pulsos de femtosegundos (10–15s) mucho más económicas que las de los lá-seres de Titanio:Zafiro. El desafío que afrontan los investigadores es aumentar la potencia de estos dispositivos sin que el estrés térmico destruya al medio activo. El DEILAP también está abocado al estudio del desempeño de estos láseres en tareas de micro–maquinado láser de diversos materiales metálicos, dieléctri-cos y polímeros. El micro–maquinado láser se utiliza para hacer piezas, unio-nes, circuitos o dispositivos en general muy pequeños, en el reino de los mi-crómetros –milésimas de milímetro–. El objetivo perseguido con este proyecto es lograr hacer más accesible a nuestra industria el empleo de esta tecnología de punta, que ha llegado a ser imprescindible en algunos procesos de fabrica-ción de alto valor agregado, como es el caso de los stents de uso cardiológico. Junto con los láseres sólidos, los láseres de colorantes –en razón de la posi-bilidad que ofrecen de modificar la longitud de onda en un rango continuo de emisión–, siguen siendo centrales en distintas líneas de investigación que se llevan adelante en el DEILAP. Así, varios láseres de colorantes, ya sea bom-beados por láseres de Nitrógeno o de Neodimio:YAG, tanto de diseño y cons-trucción propia, como comprados a fabricantes comerciales, son utilizados en espectroscopia atómica, separación isotópica o espectroscopia fotoacústica.Otro importante dispositivo que están desarrollando en la División Sen-sores Láser es el Oscilador Paramétrico Óptico (OPO), una fuente de luz infrarroja pulsada, sintonizable en color y que emite en longitudes de onda ultrapuras. Este dispositivo permite excitar preferencialmente un tipo de gas –como el metano– dentro de una mezcla de gases, por lo que para avanzar en espectroscopía gaseosa es imprescindible disponer de una fuente de color con las características que brinda el OPO. El OPO es una tecnología no disponible en la Argentina, muy costosa y de acceso restrin-gido en el mercado internacional ya que puede utilizarse para contrame-didas de misiles; en este sentido, es también un desarrollo de notable im-portancia para las fuerzas armadas de nuestro país.

75

LÁSERES DESARROLLADOS EN EL DEILAPLASER LONGITUD DE

ONDA DE EMISIÓN(En micrones)

TIPO APLICACIONES EN EL DEILAP

Helio-Neón -Visible en rojo (0,6328)

Continuo -Alineación-Interferometría-Holografía

Helio-Cadmio -Visible en azul (0,4416)

Continuo -Holografía

Argón ionizadoXenón ionizadoKriptón ionizadoOxígeno ionizado

-Sintonizables en líneas discretas del visible

Pulsado -Excitación deláseres deColorantes-Oftalmología-Holografía

Argón ionizado -Sintonizables enlíneas discretasdel visible

Continuo

Dióxido de Carbono -Infrarrojo medio(10,6)-Sintonizable en forma discreta

Continuo -Reaccionesquímicas-Excitación óptica-Corte y soldadura-Bisturí láser

Dióxido de carbono-TEA

-Infrarrojo, sintonizable en forma discreta

Pulsado -Separaciónisotópica

Nitrógenomolecular

-Ultravioleta cercano (0,3371)

Pulsado -Excitación de láseres

Rubí -Visible rojo (0,6943) Pulsado -Holografía

Neodimio:Vidrio -Infrarrojo cercano(1,06)

Pulsado -Telemetría

Neodimio:YAGbombeado por lámpara flash

-Infrarrojo cercano (1,06)-Duplicado verde (0,532)-Triplicadoultravioleta cercano (0,355)-Cuadruplicadoultravioleta medio (0,266)

Pulsado -Telemetría

Neodimio vanadatobombeado por diodos

-Infrarrojocercano (1,06)

PulsadoContinuo

-Telemetría-Kit educativo

Colorantes -Sintonizable(0,4-0,76)-Duplicado UV(0,205-0,340 )

Pulsado -Reaccionesquímicas-Separaciónisotópica

76


Colorantes de pulso largo

-Sintonizable(0,55-0,65)

Pulsado

Arseniuro de galio -Infrarrojo cercano(0,904)

Pulsado -Comunicaciones-Altímetro

Flúor atómico -Visible rojo Pulsado

Diodos -Infrarrojo cercano (0,808)

Continuo -Excitación deláseres

IV.Técnicas de separación isotópicasAunque cada molécula tiene un espectro de absorción de fotones pro-pio que obliga a encontrar un láser con la potencia y la longitud de onda necesarios para excitarla y disociarla, como los métodos de separación isotópica por láser tienen asociados técnicas similares, el dominio de la generalidad del proceso permite luego su aplicación a una amplia gama de moléculas. En razón de ello, y con la solvencia que le otorgaban las experiencias acu-muladas en la materia desde los primeros pasos en el año 1975, a fines de los años noventa el DEILAP retomó los procesos de separación y pro-ducción de isótopos de interés para la industria nuclear, la agroindustria, la medicina y la industria microelectrónica entre otros. Desde al año 2010, las actividades en este campo quedaron comprendidas dentro del proyecto SILAR (Separación Isotópica Láser Argentina).Otra importante área de trabajo de esta línea de investigación es la del cuidado medioambiental, tanto mediante la elaboración de procedimien-tos para extraer de los desechos industriales sustancias contaminantes –como el método de destritiado del agua pesada elaborado por el DEILAP–, así como a través del estudio de las reacciones químicas que tienen lugar en los procesos de pirólisis que se utilizan para el tratamiento de residuos.En muchos casos, la separación isotópica requiere de la utilización com-binada de varias técnicas, tanto para lograr la ruptura de las moléculas como para poder determinar la efectividad de los procesos implementa-dos. En el año 2008 los científicos del DEILAP comenzaron los estudios para desarrollar y dominar una poderosa técnica para optimizar los proce-

77

sos de enriquecimiento conocida como LIF (Laser Induced Fluorescence) o fluorescencia inducida por láser. Entre otras aplicaciones, esta técnica permite estudiar la cinética química de los radicales libres y medir sus constantes de velocidad de reacción; y también para determinar los um-brales de disociación de las moléculas, algo muy importante para no des-perdiciar fotones en los procesos de ruptura molecular.

Destritiado del agua pesadaEl tritio (3H), isótopo del hidrógeno muy radioactivo y contaminante, es un producto no deseado en los reactores nucleares que usan agua pesada como moderador y refrigerante. Mientras se desarrolla el proceso de fi-sión, el deuterio que compone el agua pesada se transforma paulatina-mente en tritio, lo que obliga a sustituir el agua periódicamente. Así, miles de litros de agua radioactiva deben ser almacenados cuidadosamente has-ta que se proceda a su limpieza, lo que supone asumir delicados riesgos medioambientales.

Experiencia LIF aplicada a la detección del radical carbono-cloro2

78


En 1998, tras un pedido de estudio de factibilidad efectuado por INVAP SE, miembros de las divisiones Fotofísica Láser en Gases, y Láseres Mo-leculares comenzaron en forma conjunta estudios de laboratorio en bus-ca de un proceso eficiente y rentable a gran escala de separación isotó-pica por láser del tritio del agua pesada. Tras diez años de esfuerzos, los científicos involucrados lograron desarrollar un novedoso método que cumple con los requisitos exigidos.El proceso consta de dos pasos. Para extraer el tritio hay que romper selectivamente la molécula, sin embargo esto no es posible irradiando directamente el agua pesada con el láser. Para ello hay que elegir una molécula de trabajo que contenga el tritio y que absorba la longitud de onda del láser. Así, en una primera instancia el agua contaminada se coloca en torres de intercambio en donde entra en contacto con cloro-formo. Mediante una reacción química con catalizadores el tritio pasa al cloroformo y el agua pesada queda limpia y lista para ser reutilizada. En una segunda instancia el cloroformo tritiado se coloca en tanques donde un láser actúa rompiendo la molécula, quedando el tritio en otro com-puesto, cloruro de tritio, fácilmente separable en pequeñas esponjas. Un problema habitual al que se enfrentan los métodos de separación isotópica es la imposibilidad de aplicar en procesos industriales a gran escala –ya sea por razones económicas u operativas– los desarrollos exitosos en el laboratorio. En este sentido, desde los primeros intentos a principios de los años setenta, el destritiado del agua pesada no fue la excepción; por ello en países que tienen grandes plantas de destritiado, como Canadá e Inglaterra, se utiliza otro tipo de proceso.El gran avance logrado en el DEILAP fue haber perfeccionado un método que aprovecha ciertas características del láser que no habían sido ex-ploradas anteriormente para irradiar el cloroformo tritiado. Si bien los trabajos en el laboratorio se realizaron con otro tipo de láseres, mediante los estudios se verificó que para que el proceso sea operativo y econó-micamente factible a gran escala, se deben utilizar láseres pulsados de Carbono–14 de alta potencia que emiten en una longitud de onda espe-cífica. Los estudios en el DEILAP culminaron con la transferencia tecnológica a INVAP SE, en donde en una primera etapa se implementó con éxito el proceso utilizando un láser de Amoníaco.

79

Futuros probables del destritiadoEn nuestro país el agua pesada contaminada se coloca en tam-bores especiales que se almacenan fuera de las islas nuclea-res de las centrales. Anualmente, cada planta repone unas diez toneladas de agua pesada sobre unas quinientas que utiliza; si bien esta costosa tarea se realiza bajo estrictos protocolos de seguridad, un depósito de tales dimensiones no deja de ser un factor de riesgo para el medio ambiente. La opción disponible es enviar a destritiar el agua a Canadá, pero éste es un proceso aún más costoso y desde el punto de vista ecológico complejo, ya que requiere trasladar por barco el material radioactivo. El proceso de destritiado con láseres de alta potencia desarrolla-do por el DEILAP ofrece una solución de vanguardia, de alto va-lor ecológico, en la gestión de los cientos de toneladas de agua contaminada que se extrae de los reactores nucleares. Las centrales de Embalse y Atucha I y II utilizan agua pesa-da. Las hipótesis de posible implementación son dos: una opción sería construir una única planta de destritiado con capacidad suficiente para satisfacer las demandas de todas las centrales nucleares del país; la otra, construir junto a cada una de las centrales plantas de destritiado más peque-ñas. Como es natural, la capacidad de destritiado está direc-tamente relacionada a la cantidad y potencia de los láseres utilizados, una planta de estas características requeriría de un mínimo de cincuenta láseres, los cuales podrían ser fa-bricados a partir de la tecnología desarrollada en CITEDEF.El aprovechamiento de esta tecnología excede el ámbito local, paí-ses como China, Corea, Canadá y Rusia, entre otros, también tienen centrales nucleares que utilizan agua pesada. Argentina ya exporta tecnología nuclear, así, el proceso de destritiado podría ser parte del paquete tecnológico que tenemos para ofrecerle al mundo. Tras las diferentes pruebas cumplimentadas en el laborato-rio, la tecnología se encuentra ahora disponible para pasar a la etapa de planta piloto, lo que implica probar su funciona-miento a mayor escala, paso previo a la utilización efectiva. La continuidad del proyecto queda ahora en manos de aquellos actores que trazan las políticas nucleares de largo plazo.Rodolfo Petriz. “Cerrando el círculo nuclear”, Revista TEC2, N° 2

80


Nitrógeno y silicioLas colaboraciones con INVAP SE también abarcaron estudios con otros isótopos de interés, como el nitrógeno–15 (15N). La variedad isotópica más común de este gas es el 14N, mientras que el 15N se encuentra en solo el 0,366% del nitrógeno natural, lo cual da cuenta de las dificultades que hay que resolver para optimizar los procesos para su separación.El 15N tiene varios campos de aplicación. Se lo usa como trazador biológico en agricultura para analizar los procesos de nitrifica-ción y desnitrificación de la tierra, actividad científica de especial interés en un país como el nuestro que tiene decenas de millones de hectáreas sembradas y que debe cuidar sus recursos naturales evitando el agotamiento de los suelos. Por otra parte, también se evalúa su posible aprovechamiento en energía atómica.En esta línea de investigación, que se prolongó junto a INVAP SE a lo largo de diez años, los investigadores trabajaron con distintas molé-culas de trabajo, como nitrometano, amoníaco, metilamina, o monóxi-do de nitrógeno (NO), con las cuales ensayaron variadas técnicas que implicaron la utilización tanto de láseres de colorantes, como de CO2 continuos y pulsados. En algunos casos, como con el amoníaco, se idearon complejos procesos en donde primero se excita la molécula con un láser emitiendo en longitudes de onda infrarrojas y luego se realiza la disociación en ultravioleta. Esta colaboración incluyo tanto el desarrollo de un láser de CO2 específico para este fin, como la co-rrespondiente transferencia de tecnología a INVAP SE para su cons-trucción.Por otra parte, las experiencias de separación isotópica sobre la mo-lécula de monóxido de nitrógeno que se realizaron con miembros de la División Fotofísica Láser UV–Visible ofrecieron resultados muy po-sitivos a los investigadores, consiguiendo llegar a grados de enrique-cimiento de 15N muy elevados, cercanos al 80%. Para ello tuvieron que duplicar la frecuencia emitida por un láser de colorante para lograr la excitación molecular en una longitud de emisión muy difícil de alcan-zar, alrededor de los 205 nanómetros. Además de los trabajos con 15N, durante esta década también se co-menzó a trabajar, en principio en el marco de un convenio con la Facultad de Ingeniería y luego en soledad, en separación y enrique-cimiento de diversas variedades de silicio, los isótopos 28SI y 30SI; los cuales presentan características peculiares que les otorgan gran

81

interés en la industria electrónica, tanto para la construcción de se-miconductores en el caso del 28SI, como de dispositivos de potencia con el 30SI. En la actualidad estas investigaciones continúan sobre la molécula de tetrafluoruro de silicio, siempre con el objetivo de encontrar nuevas técnicas de separación.

Enriquecimiento de uranioA mediados del 2010, el DEILAP decidió retomar los estudios so-bre el hexafluoruro de azufre (SF6), con el objetivo de dominar la técnica láser de enriquecimiento de uranio para fines pacíficos. La idea de los investigadores es aprovechar los últimos adelantos, tanto en métodos de separación como en fabricación y desarrollo de láseres, para llevar adelante un plan de trabajo que consta de

Dispositivo experimental para enriquecimiento de nitrógenoPlasma al focalizar un haz de láser de CO2 pulsado

82


varias etapas. Como trabajar con uranio es complicado ya que su uso está cuidadosa-mente regulado por organismos internacionales y requiere de permisos especiales, en principio los especialistas planean poner a punto las téc-nicas con el hexafluoruro de azufre. En una segunda etapa prevén pasar al uranio no radioactivo, luego al pre–enriquecido y por último al natural.

De las tres variantes conocidas de enriquecimiento de uranio por siste-mas láser, el MLIS, el AVLIS, o el SILEX, los responsables del proyecto eligieron desarrollar el MLIS (Molecular Laser Isotope Separation) por-que permite lograr grados de enriquecimiento moderados, acorde con su uso para fines pacíficos, lo cual además brinda la ventaja de no ocasionar problemas a nivel internacional. El proyecto incluye la realización de estudios de factibilidad, lo cual im-plica verificar qué grado de enriquecimiento se obtiene y definir el tipo de láseres que se usarán. Este ciclo de investigaciones concluiría con la ins-

¿Qué es el uranio enriquecido?El uranio, con 92 protones en su núcleo, es el elemento natural más pesado de la tabla periódica. Cuando se lo ex-trae de la tierra su composición no es homogénea ya que está formado por dos isótopos, el 235U y el 238U. La variedad que es fisionable es el 235U pero también es la más rara en la naturaleza: el uranio natural posee solo el 0,7% de ese isótopo; así, los procesos de enriquecimiento buscan elevar el porcentaje de 235U presente naturalmente en el compuesto.Ahora bien, ¿para qué sirve el uranio enriquecido? Por un lado, para fines militares: las reacciones en cadena que desatan las bombas atómicas requieren de uranio alta-mente enriquecido en una proporción superior al 90%. Por otro lado, para fines pacíficos: los reactores nuclea-res para generación eléctrica utilizan como combustible tanto el uranio natural como el levemente enriquecido, en concentraciones que pueden variar entre el 0,9% y el 5%; mientras que los reactores de investigación necesitan con-centraciones que van del 12% al 19,75% y los motores para propulsión nuclear marina desde un 20% a un 50%.

83

talación de una pequeña planta piloto de laboratorio. Una vez verificada la factibilidad del método, el siguiente paso sería construir una planta más grande de producción continua, tarea que debería encararse en forma conjunta con otras instituciones nacionales.

Espectrómetro de tiempo de vuelo para determinación de la composición isotópica de muestras gaseosas

84


Plan nuclear argentino: soberanía e independencia energéticaArgentina es uno de los pocos países en el mundo que do-minan tanto desde el conocimiento como desde la tecno-logía el ciclo completo de producción de energía nuclear: diseño y construcción de reactores, producción de agua pesada, extracción y enriquecimiento de uranio. El plan nuclear argentino, relanzado por el entonces presidente Néstor Kirchner a fines del 2006, tiene como objetivo co-locar en un lugar estratégico el desarrollo y control por parte del Estado de la energía atómica para uso pacífico. En este sentido, romper con la dependencia tecnológica es clave para poder encarar cualquier intento de desarrollo autónomo regional. En un futuro en el que se prevé el ago-tamiento de los hidrocarburos, será fundamental para las naciones disponer de fuentes alternativas de energía.Para lograr un auténtico control sobre el ciclo de produc-ción energética a partir de la fisión del átomo no basta solo con tener la capacidad de planificar y construir reactores, sino que también es fundamental dominar el ciclo del com-bustible nuclear. Si bien tras la reinauguración en 2010 de la planta para enriquecimiento de uranio por difusión ga-seosa que la CNEA tiene en el Complejo Tecnológico Pilca-niyeu, Argentina demuestra a nivel nacional e internacional capacidad tecnológica propia en la materia, los científicos del DEILAP quieren dominar la tercera generación de dis-positivos de enriquecimiento, basados en la tecnología lá-ser, para colocar a nuestro país en la vanguardia mundial de los estudios nucleares. El interés que muestra el Estado en el enriquecimiento de uranio obedece a diversos motivos operativos, todos ellos signados por la imperativa necesidad de alcanzar la inde-pendencia energética en todas sus facetas mediante la libre disposición de este importante insumo. Si bien la central de Atucha I fue diseñada para funcionar con uranio natural, des-de hace unos años fue reconvertida para utilizar uranio le-vemente enriquecido ya que éste permite rebajar los costos operativos y obtener mayores rendimientos. Por otra parte el CAREM, el reactor de última generación desarrollado por la CNEA, también requiere de este tipo de material fisionable.

85

No obstante, es en el área de Defensa, en el marco general del uso de la energía nuclear para fines pacíficos, en don-de tiene vital importancia lograr el autoabastecimiento de uranio enriquecido. En junio del 2010 la entonces ministra Nilda Garré anunció la intención de dotar de propulsión nu-clear a un buque de la armada, lo que implica desarrollar en el ámbito local tanto un motor con dichas característi-cas como el combustible para alimentarlo. Nuestro país tiene acceso al uranio en el mercado mundial, de hecho el que se utiliza en la plantas nucleoeléctricas es comprado en el extranjero; sin embargo, y a pesar de los cordiales lazos que mantiene nuestro país con la comuni-dad nuclear internacional, un proyecto de tamaña trascen-dencia en el área de Defensa no puede quedar supeditado a la voluntad de otras naciones. Sería completamente inútil poseer una embarcación de última tecnología, apta para cuidar eficientemente nuestro extenso litoral marítimo, y no disponer con libertad de su combustible. En este sen-tido, es necesario comenzar investigaciones en enrique-cimiento desde un punto de vista estratégico, ya que son procesos que lleva años dominar y sobre los cuales nadie brinda información.Por lo común, cuando se inicia un ambicioso plan de de-sarrollo científico, entre otros aspectos a considerar se encuentra la relación costo–beneficio. Así, una vez domi-nada la técnica, la continuidad o no del proyecto dependerá de qué aspecto del mismo se priorice. Si el uranio fuera a utilizarse solo como combustible en reactores de plantas nucleoeléctricas su costo de producción debería ser acor-de a los valores de mercado. En cambio, si se privilegiara la importancia estratégica de la propulsión nuclear marina como parte del sistema de defensa nacional y los benefi-cios que otorga en la escena internacional el manejo de tecnologías energéticas alternativas la restricción econó-mica pasaría a ocupar un segundo plano.Rodolfo Petriz. Extracto de “Cerrando el círculo nuclear”,

Revista TEC2 Nº 2

86


V.Sensado remoto deparámetros atmosféricosEl proyecto LIDAR, iniciado con mucho esfuerzo en la década anterior, conti-nuó progresando hasta lograr ocupar un rol muy importante a nivel mundial en la aplicación de técnicas láser a la medición de parámetros atmosféricos. Actualmente tiene en operaciones tres sitios de sensado remoto de la atmós-fera, uno en Villa Martelli, otro en Río Gallegos, Santa Cruz, los cuales forman parte de las redes internacionales de sitios experimentales NDACC (Network Data for Atmospheric Composition Change) y GALION (Gaw Aerosol Lidar Ob-servation Network); mientras que recientemente, en enero de 2012, se ins-taló otro sistema LIDAR en el aeropuerto de Bariloche para monitorear los movimientos de la masa de cenizas expulsadas a los cielos de la región tras la erupción del volcán Puyehue. También está en ejecución un proyecto para construir cuatro estaciones de sensado remoto destinadas a ser colocadas en los aeropuertos de Comodoro Rivadavia, Ezeiza, Río Gallegos y Trelew.Tras la puesta en funcionamiento de los primeros sistemas LIDAR en Villa Martelli, en el año 2000 se formaron dos divisiones para seguir adelante con los estudios: la División Radar Láser, en dónde continuaron con los trabajos vinculados a cirrus y aerosoles mediante la técnica LIDAR de retrodifusión; y la División LIDAR, en donde además de proseguir con los estudios sobre aerosoles, tomaron a su cargo el desarrollo y la modernización del sistema DIAL para medición de ozono estratosférico. Por supuesto, ambas divisiones permanecieron trabajando en colaboración.

87

AerosolesLos aerosoles son pequeñas partículas heterogéneas, lí-quidas o sólidas, suspendidas en un gas o mezcla de gases como el aire de la atmósfera. Pueden medir desde décimas de nanómetros hasta fracciones de milímetros. Tienen una velocidad de caída despreciable y juegan un rol muy impor-tante en el fenómeno físico conocido como dispersión, en la atenuación de la radiación solar, así como en la formación de las nubes. Pueden tener un origen natural, como en el caso de erupciones volcánicas, tormentas de polvo o incen-dios forestales, o bien ser producto de la actividad huma-na, como la quema de distintos tipos de combustibles. En ciertos casos, la polución ambiental por aerosoles puede generar graves riesgos para la salud humana, ya que las partículas inferiores a diez micrones se inhalan fácilmente, pudiendo provocar, entre otros, daños cardiopulmonares.

Estudio de aerosoles y LIDAR de retrodifusiónEn el año 2001 los trabajos sobre los aerosoles presentes en nuestros cielos co-braron nuevo impulso, ya que conocer su distribución espacial es fundamental para cuantificar con precisión sus efectos sobre el clima y el medio ambiente, lo cual lo convierte en un tema de defensa de nuestros recursos naturales y de salud pública. Para llevar adelante esta tarea, en un principio el personal del DEILAP comen-zó a trabajar utilizando los datos de los fotómetros solares pertenecientes a la red AERONET (Aerosol Robotic Network) de la NASA (National Aeronautics and Space Administration), que tiene alrededor de quinientos instrumentos distri-buidos en todo el mundo, de los cuales cinco se encuentran en nuestro país. En un segundo momento, en sinergia con los datos obtenidos con estos fotó-metros, se incorporó al trabajo un LIDAR de retrodifusión a tres vías construido en el DEILAP, gracias a lo cual se lograron importantes resultados en el conocimiento de las composiciones químicas de la atmósfera.

88


El DIAL y el Observatorio Atmosférico de la PatagoniaAustralA mediados del año 2000 la flamante División LIDAR, siempre con la mente puesta en la instalación de un laboratorio en el sur de la Patago-nia, decidió acometer la tarea de modernizar el sistema DIAL para medir perfiles de ozono. Para lograr un equipo que fuera más competitivo a nivel internacional los investigadores aumentaron el área de recepción de la señal, pasando de un solo telescopio de recepción a cuatro, moder-nizaron los detectores y construyeron una nueva caja espectrométrica que permite separar las líneas Rayleigh de las líneas Raman, propias de la dispersión por los componentes de la atmósfera.Con el equipo modernizado, en el año 2002 se comenzó nuevamente a tomar mediciones en Villa Martelli.Con la certeza del buen funcionamiento del nuevo sistema, y gracias al fi-nanciamiento otorgado por una institución científica japonesa, la JICA (Ja-pan International Cooperation Agency), en ese mismo año comenzaron los preparativos para trasladar el laboratorio móvil con el sistema DIAL hacia

Sistema DIAL. Funcionamiento internoVisita de la Sra. Presidenta de la Nación, Dra. Cristina Fernández de Kirchner, al “Obser-vatorio Atmosférico de la Patagonia Austral”, con motivo de su bautismo. Marzo del 2011

89

la Base Aérea Militar de Río Gallegos. Este sitio fue ele-gido para su emplazamien-to por encontrarse sobre el borde del agujero de ozono durante la primavera, gozar de un apreciable número de noches claras y disponer de una logística general muy adecuada.

Bautizado con el nombre de Campaña SOLAR (Stratospheric Ozone Lidar in Argentina), el laboratorio incorporó otros instrumentos de precisión complementarios, entre ellos varios sensores UV y un LIDAR de retrodifu-sión para detectar aerosoles. Tras sortear durante su traslado y ensamblaje las duras condiciones cli-máticas del sur argentino, el 28 de junio de 2005 se inauguró la estación de mediciones atmosféricas de Río Gallegos, en donde durante estos sie-te años han medido de forma ininterrumpida los perfiles de ozono en la franja comprendida entre los 10 km y los 40 km de altura, obteniendo valiosos datos para estudiar y proyectar el posible comportamiento de la capa de ozono estratosférica. Además de tratarse de información de gran interés para los científicos, estos datos son fundamentales para calibrar los resultados que tuvieron los acuerdos internacionales para reducir la emi-sión de sustancias que afectan gravemente el equilibrio natural de la capa.Junto con el DIAL, en el observatorio de Río Gallegos –rebautizado en marzo del 2011 “Observatorio Atmosférico de la Patagonia Austral”– los radiómetros UV instalados permiten medir la radiación solar ultravioleta

90


y determinar la incidencia que estas tienen sobre la superficie de la tie-rra y la población en general. Gracias a la experiencia adquirida en las técnicas de medición de radiación solar, los expertos del observatorio crearon un sistema de alerta para difundir el índice de radiación UV a la población. Conocido como el solmáforo, este sistema ganó la sexta edi-ción del concurso INNOVAR 2010 del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, en la categoría Tecnologías para el desarrollo Social.Como es común en importantes proyectos de alcance internacional, las redes de cooperación entre distintas instituciones son amplias. Así, a través de JICA y en el marco del proyecto UVO3 Patagonia, el observato-rio de Río Gallegos realiza campañas en conjunto con el Laboratorio de Ozono y Radiación de la Universidad de Magallanes, Punta Arenas, Chile. Por otra parte, la envergadura que tomaron los proyectos de la División LIDAR, llevo a que la Universidad de Nagoya, Japón, decidiera trasladar al Observatorio Atmosférico de la Patagonia Austral un radiómetro de on-das milimétricas que tenía instalado en un laboratorio de Atacama, Chile. Puesto en funcionamiento a fines del año 2010, con este radiómetro es posible obtener perfiles de ozono entre los 25 km y los 80 km de altura, y a diferencia del DIAL, tanto de día como de noche. Gracias a ello, sus mediciones son de gran valor para la tarea científica porque permiten analizar la influencia de las radiaciones solares en la formación y des-trucción del ozono estratosférico. Otro valioso instrumento que funciona en el observatorio desde el año 2009 es el ERO–DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy). Su función es determinar, en horas del amanecer y del atardecer, el con-tenido de dióxido de nitrógeno (NO2) atmosférico, medición de gran im-portancia ya que este gas también tiene participación en las reacciones químicas del ozono estratosférico. Este instrumento, que además pue-de medir concentraciones totales de ozono en la atmósfera, también fue utilizado en campañas antárticas de sensado remoto. La información obtenida por el total de los doce instrumentos instala-dos en el sitio experimental de Río Gallegos, es intercambiada con el banco internacional y validada sistemáticamente mediante la compara-ción con los datos obtenidos por otros aparatos de medición distribui-dos en diferentes regiones del globo.

91

El solmáforoEl planeta recibe naturalmente radiaciones ultravioletas de las formas UV–C, UV–B y UV–A. La radiación UV–C es la más dañina para las personas, pero –afortunadamente– no llega a la Tierra al ser absorbida por el oxígeno y el ozono de la atmósfera.La radiación UV–B es en gran parte absorbida por el ozono y solo llega a la superficie de la Tierra en cantidades mí-nimas. Esta radiación puede provocar un surtido de daños en la piel humana que incluyen el cáncer de piel, enveje-cimiento, irritación, arrugas, manchas o pérdida de elasti-cidad y otras patologías como el lupus eritematoso sisté-mico. Conocer cuanta radiación UV–B llega a la superficie de nuestro planeta permite tomar medidas como evitar la exposición al sol y adquiere un indiscutible valor sanitario. El problema preocupaba a los científicos pero también a las autoridades municipales de Río Gallegos. Los científi-cos del DEILAP tomaron cartas en el asunto y en el marco del proyecto UVO3 crearon un sistema de alerta para los habitantes de la ciudad: un prototipo de solmáforo, para difundir de manera sencilla y muy directa el índice de ra-diación ultravioleta. Este solmáforo cuenta con 5 niveles de colores, verde, amarillo, naranja, rojo y púrpura. La escala de colores está establecida internacionalmente para la di-vulgación del índice ultravioleta. Cada color refleja un nivel distinto de radiación. El solmáforo, instalado en la ribera de Río Gallegos, funciona en base a sensores emplazados en la estación del DEILAP que miden y registran periódica-mente la radiación ultravioleta. Luego, un programainterpreta el registro, lo traduce al código de índice ultra-violeta y enciende en el solmáforo el color que correspon-de. El rojo o el púrpura del semáforo solar indican radia-ciones tan elevadas que la exposición a la luz solar debe ser atenuada al máximo. La instalación del solmáforo formó parte de una campaña que incluyó la realización de programas de fotoprotección y educación relacionada con el ozono y la radiación UV. Jorge Forno, extracto de “El láser y el cielo protector”, Revista

TEC2 Nº1

92


Observatorio Atmosférico de la Patagonia AustralÚltimo modelo de solmáforo instalado en Río Gallegos

Más allá de los logros obtenidos, la lógica de la investigación científica obliga a mejorar los instrumentos que se utilizan o a diseñar nuevos. Actualmente, en las instalaciones de Villa Martelli, los miembros del DEILAP están desarrollando un nuevo sistema LIDAR que, gracias a la incorporación de un espectrómetro de última tecnología, permitiría identificar los compuestos químicos de los aerosoles. Junto a este dispositivo, para analizar la variación temporal de las sus-tancias que participan en las reacciones químicas asociadas al ozono, se está desarrollando un nuevo sistema de observación cenital DOAS. A futuro, los planes de la división LIDAR prevén mejorar las instala-ciones de Río Gallegos, adecuándolas para una mayor comodidad de los científicos y los técnicos que allí se desempeñan; y junto con ello, aumentar el potencial del observatorio mediante la invitación a diversos países a formar parte del proyecto.

94


VI.Técnicas espectroscópicas para el cuidado ambientalLas técnicas láser ofrecen un sinfín de aplicaciones relacionadas con el control del medio ambiente. Esta versatilidad está basada en las posibi-lidades que brindan para detectar la presencia de ínfimas cantidades de sustancias contaminantes en sustratos sólidos, líquidos o gaseosos. Por este motivo, las divisiones Técnicas Espectroscópicas y Sensores Lá-ser decidieron avanzar en el desarrollo de una de ellas, la espectroscopía fotoacústica aplicada a la detección de trazas gaseosas, método que ofre-ce límites de detección que pueden llegar al orden de partes por billón (1x10-9). Los campos de implementación de esta técnica son múltiples e incluyen desde la búsqueda de mínimas cantidades de gases conta-minantes en el aire que respiramos, hasta aplicaciones que exceden el campo de la polución ambiental y se diseminan en áreas como la indus-tria, la medicina, la seguridad y las Fuerzas Armadas.Si bien la espectroscopía fotoacústica tiene aspectos que la relacio-nan con los sistemas LIDAR o DOAS, ya que todos estos métodos están basados en el espectro de absorción lumínica de los distintos tipos de sustancias, a diferencia de éstos, que permiten el sensado remoto de la atmósfera, la espectroscopía fotoacústica trabaja solo sobre muestras gaseosas previamente recolectadas. Aunque no existe ningún aparato universal que pueda determinar todos los contaminantes de una sustancia, cada uno de ellos tiene sus ven-tajas y sus desventajas. Frente a otros sistemas de detección, como el cromatógrafo gaseoso o el espectrómetro infrarrojo, la espectroscopía fotoacústica presenta algunos beneficios: tiene alta sensibilidad y alto rango dinámico, esto significa que puede medir concentraciones muy chicas pero también muy grandes; a su vez, logra efectuar mediciones en tiempo real y selectivamente, distinguiendo una sustancia de otra en mezclas multicomponentes.Si bien el abanico de aplicaciones es inmenso, ya que es posible utilizar esta técnica para medir la presencia de todo tipo de sustancias, para ello es necesario armar en el laboratorio un sistema específico para cada una

95

de ellas, basado en las características espectrales que presentan. Así, desde que comenzaron a perfeccionar el uso de este método, los miem-bros del DEILAP fueron desarrollando diferentes sistemas adecuados a cada sustancia de interés buscada.

¿Cómo funciona la espectroscopía fotoacústica?Aunque parezca extraño, la espectroscopia fotoacústica inten-ta, en alguna medida, “escuchar” la luz. Este intento que pare-ce disparatado encuentra su explicación en términos físicos: el efecto fotoacústico, descubierto por Bell en el año 1880, es un proceso de transformación de energía luminosa en térmica y de ésta en acústica. Lo que hace la espectroscopía fotoacústica es escuchar los sonidos que produce una molécula irradiada con una determinada longitud de onda luminosa.El sistema está compuesto por una fuente de excitación lumino-sa, una cámara o resonador acústico con micrófono incorpora-do, y una parte electrónica formada básicamente por filtros elec-trónicos y una computadora que procesa las señales captadas por el micrófono. Uno de los dispositivos más estudiados está basado en el uso de láseres modulados de Dióxido de Carbono que emiten en frecuencias infrarrojas, no visibles al ojo humano, ya que en esa longitud de onda tienen su espectro de absorción la mayoría de los gases contaminantes.Para efectuar las mediciones hay que introducir dentro de la cá-mara la mezcla de gases y luego irradiarla con una fuente lumi-nosa sintonizada en la frecuencia adecuada a la sustancia que se quiere detectar. Las moléculas de la sustancia absorben esa longitud de onda o color de la luz, comienzan a vibrar y chocar con las que están a su alrededor produciendo un pequeño au-mento de temperatura y presión, generando así una onda que se expande hasta la pared de la cámara; allí se refleja y regresa hacia el centro, en donde es nuevamente irradiada por otro pul-so lumínico. Esta dinámica de expansión–contracción, junto con la excitación sincrónica, genera una amplificación de la señal acústica que es captada por el micrófono. La intensidad de la se-ñal recibida por el micrófono depende directamente del número de moléculas de interés presentes en la muestra, a mayor proporción más señal, siendo la computadora la que se encarga de interpretar los datos procedentes de la cámara y determinar su cantidad.

96


Para obtener mediciones exactas es necesario calibrar el dispo-sitivo con rigurosidad; para ello, al igual que con otros métodos espectroscópicos, hay que conocer con precisión la absorbancia –el espectro de absorción– de la sustancia en cuestión. Si bien los científicos tienen acceso a bases de datos con la absorbancia de cada molécula, ésta puede diferir de una fuente lumínica a otra en razón de su ancho de línea; por este motivo, para evitar posibles inexactitudes los investigadores realizan esta tarea uti-lizando sustancias puras en el laboratorio. Conocer la absorbancia permite determinar con qué longitud de onda hay que irradiar la mezcla de gases, sin embargo esto no basta para la efectividad del dispositivo. Para generar cambios de temperatura y presión que produzcan una mayor señal acús-tica el haz de luz debe ser modulado –interrumpido periódica-mente–. Así, la frecuencia de los pulsos está en relación directa con las dimensiones del resonador acústico en donde se coloca la mezcla y la velocidad de propagación del sonido en el gas. Esto obliga a los investigadores a ajustar cuidadosamente la cadencia de los pulsos. Por otra parte, los contaminantes revelan su presencia mediante el sonido; sin embargo, la señal acústica que permite determi-nar su cantidad se encuentra inmersa en el ruido ambiente, que no tiene una sincronización precisa. Para aislar la señal delatora se colocan filtros electrónicos que permiten su diferenciación, tras lo cual es amplificada y analizada por una computadora que, gracias a la aplicación de precisos modelos físico–matemáticos elaborados en base a la calibración previamente realizada en el laboratorio, permite determinar con exactitud el grado de conta-minación de la muestra.Rodolfo Petriz. Extracto “Detectives de lo invisible”, Revista TEC2, Nº 3

En el campo de la polución ambiental, los investigadores diseñaron un instrumento para medir la contaminación por dióxido de nitrógeno (NO2) producida principalmente por las usinas termoeléctricas y los gases de escape de los automotores. Lo novedoso de este dispositivo es que para irradiar la muestra a analizar, en lugar del tradicional láser pulsado, uti-

97

liza un conjunto de leds azules. Con esta innovación los investigadores obtuvieron varias ventajas frente a los sistemas convencionales ya que se trata de un equipo más pequeño, liviano y transportable. Además, como los leds son una tecnología relativamente barata y de uso masivo reduje-ron notablemente su costo.Este prototipo obtuvo en el año 2008 el primer premio en la categoría Investigación Aplicada del concurso INNOVAR del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva.

Experimentos con técnica fotoacústica

Otra de las aplicaciones en la que trabajan los investigadores, directamen-te asociada a las necesidades de las Fuerzas Armadas, es la construcción de un equipo portátil que permita evaluar la degradación de las municio-nes en base al amoníaco que comienzan a despedir los explosivos cuando envejecen. La idea de los investigadores es detectar trazas gaseosas de amoníaco en el interior de los arsenales y en base a su cantidad establecer con rapidez las condiciones de operatividad de los armamentos. El sistema utiliza un láser pulsado de Dióxido de Carbono, con el cual se ha logrado en ensayos de laboratorio un límite de detección de 0,05 partes por millón. La producción agrícola es otra área en donde la espectroscopía fotoacús-

98


tica puede brindar ayuda, tanto para optimizar el crecimiento de las plan-taciones así como para mejorar las condiciones de maduración y almace-namiento de frutas y semillas. El etileno es una hormona asociada a los procesos de estrés de las plantas y de la maduración de los frutos; con el objetivo de lograr a futuro un equipo portátil de detección, los investi-gadores del DEILAP iniciaron estudios de laboratorio para medir las con-centraciones de etileno en diferentes etapas de maduración. Un equipo portátil permitiría a los agrónomos controlar in situ el estado de estrés que, producto de las inclemencias del tiempo, sufren las plantaciones, trabajar sobre ellas y prever productividades y rindes de la cosecha. Tam-bién sería una herramienta valiosísima para monitorear el estado de con-servación de las frutas: la detección temprana del etileno en el aire de las cámaras de almacenamiento permitiría actuar con rapidez para detener a tiempo los procesos de pudrición.

Otro campo de aplicación muy promisorio y en el que los investigadores han realizado avances significativos es en la detección de roturas en los cables de alta tensión que se encuentran bajo tierra. Los cables subte-rráneos utilizan como aislante una capa de papel bañado en aceite presu-rizado, el cual es retenido por una vaina de plomo rodeada por otra vaina de PVC. Dado que se encuentran enterrados un metro bajo el suelo, la lo-calización de desperfectos no es tarea fácil. Una de las soluciones que se utiliza es la inyección de trazadores químicos volátiles –como los perfluo-

Prototipo de detector de dióxido de nitrógeno en base a leds

99

El prototipo galardonado: un detector “tuneado” Este detector aprovecha una de las propiedades espectros-cópicas del dióxido de nitrógeno (NO2) que lo diferencian de otros contaminantes: su espectro de absorción se encuentra en el rango de longitud onda que emiten los leds azules, los mismos con los que se tunean los autos. Esta característica del NO2 les permitió a los investigadores idear un dispositivo de medición que reemplaza los costosos y sofisticados láse-res por una fuente de excitación más accesible.Sin embargo, pasar de la idea a la realización material no fue sencillo. Al igual que si se tratara de un láser, los leds deben ser pulsados; para ello los investigadores tuvieron que diseñar un controlador para alimentar los leds y un software que le permite a la computadora sincronizar los pulsos para ajustarlos a la frecuencia de audio requerida. Si bien cada molécula tiene un espectro de absorción único, la presencia de otras sustancias en la mezcla de gases puede ocasionar interferencias en las mediciones. Cuando se utiliza una fuente lumínica sintonizable en forma fina como los dis-positivos láser infrarrojos, es altamente improbable que surjan inexactitudes ya que es posible realizar un barrido en diferen-tes longitudes de onda y elaborar los resultados matemática-mente. En cambio con los leds, que emiten en el espectro del visible y no tienen la posibilidad de modificar su longitud de onda, los investigadores tuvieron que implementar otros me-canismos para evitar errores y garantizar la precisión de las mediciones. Para evitar el riesgo de que la longitud de onda azul que absorbe el NO2 fuera absorbida con disímil intensidad por otro contaminante incorporaron al dispositivo, en alternan-cia de emisión, leds de color violeta para hacer un doble control y evitar así cualquier tipo de error. Gracias a estas soluciones, los investigadores lograron un equipo de alta sensibilidad, con límites de detección muy bajos, del orden de 200 partes por billón y que realiza las mediciones en tiempo real.Rodolfo Petriz. Extracto “Detectives de lo invisible”, Revista TEC2, Nº 3

100


rocarbonos (PFT)– en el aceite aislante y su posterior detección en caso de ser liberado por una rotura. El sistema requiere de la colocación cada cierta distancia de adsorsores, dispositivos que acumulan en una especie de esponja las emanaciones del gas volátil. Este proyecto se inició por un

Lente térmica Los investigadores están desarrollando otro método laser de detección que opera sobre muestras sólidas y líquidas, denominado “lente térmica”. Si bien el principio operativo está basado en el espectro de absorción de las moléculas, en este caso, a diferencia de la técnica fotoacústica, la de-tección de la sustancia de interés no se realiza captando se-ñales sonoras. En el caso de sólidos, la muestra se coloca sobre un sus-trato y se la ilumina con el láser adecuado. La sustancia de interés, al absorber la longitud de onda del láser calienta el aire circundante y, al igual que en los espejismos, cambia su índice de refracción formando una lente térmica. Cuando se pasa rasante a través de esta lente un haz de prueba emitido por un láser de Helio–Neón –tipo puntero rojo– sufre des-viaciones en su trayectoria. Como distintas concentraciones de contaminante están correlacionadas con distintas varia-ciones en el índice de refracción, midiendo la variación de la intensidad del haz del láser de Helio–Neón, es posible de-terminar la concentración del contaminante en la muestra. En los planes de los investigadores también está aplicar el principio de lente térmica en líquidos ya que en esa área hay dos objetivos de sumo interés para la defensa del medio am-biente y de los recursos naturales y pesqueros de nuestro país: la contaminación de los cursos de agua con metales pesados y el crecimiento repentino de fitoplancton, precur-sor de la marea roja. En esta última área los científicos del DEILAP están colaborando con la División Acústica Subma-rina de la División de Investigación de la Armada (DIIV), de-pendiente de la Dirección General de Investigación y Desa-rrollo de la Armada, y tienen desde el año 2009, a través del MINCYT, un proyecto de cooperación binacional de tres años de plazo con la Escuela de Ciencias Ambientales de Nova Gorica, en Eslovenia.

101

pedido conjunto de la Regional Gral. Pacheco de la Universidad Tecnoló-gica Nacional (UTN) y EDENOR; en ese marco, los científicos del DEILAP lograron límites de detección de 0,003 partes por millón de uno de los trazadores PFT ensayados en laboratorio. Polución del aire, seguridad en aeropuertos, aplicaciones médicas o en la industria alimenticia, el abanico de aplicaciones de la técnica fotoacústi-ca para la detección de trazas gaseosas es inmenso. Pero la implemen-tación a mayor escala de este método depende de la optimización de los dispositivos tecnológicos que utiliza, en especial de las fuentes lumíni-cas. Si bien los principios teóricos de la fotoacústica se conocen desde fines del siglo XIX, hasta que no surgieron micrófonos y amplificadores adecuados, computadoras más poderosas y fuentes luminosas inten-sas como los láseres, la fotoacústica no dejo de ser solo una curiosidad científica sin aplicaciones prácticas. Junto con los trabajos destinados a estudiar la espectroscopía de las moléculas de interés, el desafío actual de los investigadores argentinos es desarrollar láseres u otras fuentes lumínicas con longitudes de onda adecuadas a la absorbancia de la sus-tancia a detectar, compactas y económicas.

101

Configuración del sistema de lente térmica para líquidos

102


VII.Estudios en espectroscopía atómicaDentro de la espectroscopía atómica, una de las áreas de investigación que miembros de la División Fotofísica UV-Visible llevan adelante desde el año 1997 es el estudio de descargas eléctricas utilizando el efecto optogalvánico. Al realizar una descarga eléctrica en un gas, se genera un plasma confor-mado por electrones, iones, átomos no excitados y átomos que, gracias a las colisiones con los electrones, obtienen una mayor energía interna. Si esta descarga es de corriente continua, el plasma alcanza un estado estacionario dinámico en el cual las poblaciones netas de sus constituyen-tes no cambian y la corriente eléctrica permanece constante. Cuando este plasma es iluminado con luz de una frecuencia que es absorbida por uno de sus componentes, se alteran los valores de las poblaciones en equilibrio dando lugar a un cambio en la corriente de sostenimiento de la descarga. Este proceso se denomina efecto optogalvánico.En el DEILAP, utilizando láseres de colorantes, se estudió exhaustivamente este efecto en descargas de cátodo hueco en neón para poner a punto diversas técnicas espectroscópicas, ganar conocimientos en la descripción de descar-gas y aprovechar el efecto optogalvánico tanto para determinar con precisión la frecuencia de emisión de los láseres de colorantes pulsados, como para fijar la frecuencia de emisión de láseres continuos por largos períodos de tiempo.

Junto con ello, el estudio de los diversos procesos que tienen lugar en el plasma permitió a los investigado-res determinar propiedades microscópicas asociadas a los mismos que son impor-tantes para el completo co-nocimiento de las descargas eléctricas.Además, por medio del estu-dio del efecto optogalvánico,

103

los especialistas de la División Fotofísica UV-Visible clarificaron los pro-cesos de intercambio y/o pérdida de población entre los niveles de energía del átomo causados por las colisiones con otros átomos o con electrones, y determinaron tanto los principales procesos que afectan el estado esta-cionario, como aquellos que contribuyen mayoritariamente al restableci-miento del equilibrio.

También se desarrollaron en el DEILAP técnicas interferométricas para medir temperaturas del gas en el plasma de entre 150 y 200 grados centígrados, y para determinar el grado de monocromaticidad de la emisión del plasma con una precisión de una millonésima parte de la longitud de onda.Por otra parte, los miembros del DEILAP pusieron a punto técnicas óp-ticas para medir densidades de población muy reducidas, equivalentes a una mil millonésima parte de una atmósfera, y técnicas de fluores-cencia inducida por láser con sensibilidades que permiten detectar in-tercambios de población entre estados excitados de 0,01 millonésima parte de una atmósfera. Estas investigaciones indujeron a los investigadores a fabricar lámparas de cátodo hueco con las que es posible producir vapores, metálicos o de materiales refractarios a temperatura ambiente, que permiten realizar de forma sencilla estudios de espectroscopía sobre esos materiales.A su vez, también se construyeron modelos teóricos detallados que permiten predecir con precisión la evolución experimental de la co-rriente en descargas, desde el momento en que se la perturba con un pulso luminoso hasta que retorna a su estado de equilibrio, pudiendo asignar valores a la probabilidad de ocurrencia de algunos procesos colisionales

104


VIII.Óptica cuántica y manejo de la informaciónEn el año 2007, a partir de la creación de la División Óptica Cuántica (DOC), el DEILAP comenzó a trabajar en técnicas que aprovechan las pe-culiares características de las partículas que conforman la luz, los foto-nes, para desarrollar sistemas de manejo y codificación de la información más rápidos y eficientes. Para su manejo, la información debe ponerse en algún tipo de soporte. En un sistema digital clásico se la almacena en forma de pulsos eléctri-cos en un circuito electrónico, o en pulsos de luz intensa para la transmi-sión por fibra óptica. En el caso de la óptica cuántica, los investigadores utilizan los fotones individuales para colocar información en ellos. Esta información también puede ser transmitida y codificada, pero gracias a que los fotones no obedecen las leyes de la física clásica, sino que se ri-gen por las leyes de la mecánica cuántica, es posible explotar esta carac-terística para realizar operaciones de procesamiento de la información diferentes. Si bien la mecánica cuántica es una teoría que, por su carácter anti–intuitivo y contrario al sentido común, generó desde los años treinta a la actualidad varias discusiones filosóficas, con la aparición de nuevas técnicas de detección y el estudio teórico de estos temas, las partículas del mundo cuántico se convirtieron en la base de tecnologías en fase de desarrollo como la computación cuántica o la criptografía cuántica. So-bre estas áreas de aplicación la División Óptica Cuántica está trabajando en estrecha colaboración con el grupo teórico de Información Cuántica y Fundamentos (QUFIBA), del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA.En un principio los investigadores comenzaron por las tareas más sim-ples, probando los sistemas de conteo de fotones y desarrollando equipa-miento auxiliar para luego pasar a técnicas de procesamiento cuántico. Así, en el año 2008 los miembros de la divisiones Óptica Cuántica y Láse-res Sólidos, desarrollaron un prototipo de generador de números aleato-rios basado en principios cuánticos fundamentales que ganó el segundo

105

premio en el concurso INNOVAR de ese año en la categoría Investigación Aplicada. Ya en el año 2009, los investigadores se dedicaron a trabajar en la ge-neración de estados entrelazados de fotones, con la idea de obtener re-cursos físicos para implementar algoritmos originales de procesamiento cuántico de la información y algoritmos de aplicación práctica en tecno-logía de seguridad de la información. A fines de ese año, en la DOC

lograron contar con una fuente de pares de fotones entrelazados genera-dos por láseres continuos y con una fuente de fotones anunciados, ambas disponibles como recurso cuántico confiable para procesamiento de la información.Una vez logrado el know–how suficiente como para encarar proyectos más ambiciosos, entre los años 2009 y 2011 en el laboratorio se trabajó en la implementación de algoritmos conocidos como Tomografía de Pro-cesos Cuánticos: dada una “caja negra” que altera los estados de entrada de forma desconocida, este tipo de algoritmos trata de encontrar de la forma más eficiente las reglas de funcionamiento de dicha caja. Con este fin se implementaron con éxito dos algoritmos de Tomografía Eficien-te y Selectiva de procesos cuánticos, que fueron publicados en sendas oportunidades en la principal revista científica de física a nivel mundial, Physical Review Letters.

Generación de estados entrelazados de la luz

106


Fotones y entrelazamiento cuántico El entrelazamiento es un fenómeno estrictamente cuántico, sin equivalente clásico, en el cual los estados cuánticos de dos o más objetos solo pueden describirse haciendo refe-rencia a los estados del sistema completo, aún en el caso de que las partes estén espacialmente distantes. Esta cualidad impone correlaciones entre las propiedades físicas obser-vables de los subsistemas. Por ejemplo, pueden preparar-se estados de dos fotones entrelazados en un solo estado cuántico, de manera que cuando se mide la polarización de uno, la del otro siempre será opuesta. Por ejemplo si se mide el primer fotón y su polarización es horizontal (es de-cir, el campo oscila en el plano de la mesa de trabajo) el otro siempre se medirá en polarización vertical (es decir, perpendicular al plano de la mesa). Y lo más llamativo es que esto ocurre para cualquier polarización medida: si uno se mide en polarización diagonal el otro estará en anti–dia-gonal, si uno mide circular derecha el otro se medirá en cir-cular izquierda. Más aún, todo esto ocurre a pesar de que según los postulados de la mecánica cuántica es imposible predecir qué estado se medirá en primer lugar, pero una vez que se hizo una medida esta determina el resultado de otra que se puede realizar a grandes distancias. Estas correla-ciones crean una aparente contradicción de la teoría, ya que hacen que las medidas realizadas sobre una parte del sis-tema parezcan estar influenciando instantáneamente a las otras partes del mismo sistema, y sugieren que alguna in-fluencia se tendría que estar propagando instantáneamente entre los sistemas, a pesar de la separación entre ellos. El problema que subyace es qué es lo que se considera un sis-tema y cuán alejados pueden estar las partes de un sistema y mantener estas correlaciones.

107

En la actualidad, además de trabajar en el estudio de algoritmos de informa-ción cuántica fundamental, los investigadores de la DOC están desarrollando proyectos que contemplan transferencias de tecnología a la sociedad en el corto y mediano plazo. Con ese objetivo, en el año 2011 comenzaron a eje-cutar un Proyecto de Investigación y Desarrollo para la Defensa (PIDDEF), cuyo objetivo es desarrollar un prototipo de sistema de distribución cuántica de claves criptográficas. Estos sistemas son de gran importancia para las comunicaciones militares, la seguridad de los cajeros automáticos, la gene-ración de claves de computadoras y el comercio electrónico.


Criptografía cuántica Los protocolos de distribución cuántica de claves son algo-ritmos cuánticos mediante el cual dos partes pueden ge-nerar y compartir una clave criptográfica secreta en forma segura; la eventual aparición de un espía durante la gene-ración de la clave es detectada y en ese caso, la clave es desechada. El resultado es una clave compartida solo entre estas partes, que oportunamente podrán usar para encrip-tar y descifrar un mensaje. A fines del 2011, en la División Óptica Cuántica pudieron demostrar en forma exitosa una prueba de principios de distribución de claves experimental y generar una clave criptográfica entre dos estaciones ubi-cadas sobre una mesa óptica.

108

05 SIGLO XXI: PRESENTE Y FUTURO

Generación de pares de fotones gemelos

109

EpílogoMirando al futuroLos altos niveles de conocimiento científico y el oligopolio tecnológico del que disfrutan los países centrales, les otorgan claras ventajas económicas en to-das las actividades productivas, tanto en el sector energético, como en la in-dustria, la medicina, las comunicaciones o la producción de alimentos. Para los países emergentes, romper con la dependencia tecnológica es clave para poder encarar cualquier intento de desarrollo autónomo regional que posibi-lite mejores condiciones de vida para todos los habitantes, y para ello es una condición ineludible el fomento de la actividad científica. Si bien es cierto que en términos comparativos en muchas áreas la ciencia argentina se encuentra rezagada frente al conocimiento alcanzado en los paí-ses centrales, no es menos cierto que los procesos de desarrollo científico y tecnológico de un país no son mágicos. Por el contrario, son fruto de políticas estatales de largo plazo que requieren de esfuerzos sostenidos, de un cambio de mentalidad respecto de nuestras propias posibilidades y, algo no menor, de la inversión de los recursos económicos necesarios. Desde el año 2003, y muy especialmente a partir de la creación en el 2007 del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, nuestro país man-tiene como una de sus principales políticas de Estado el fomento y la produc-ción de conocimientos científicos útiles tanto para la realidad argentina como para el contexto sudamericano. Bajo estos lineamientos generales, recien-temente se creó en CITEDEF el Departamento de Vinculación e Intercambio Tecnológico (DEVIT), con la misión de promover el vínculo tecnológico entre el instituto y diversos organismos y empresas, tanto del ámbito estatal como de la esfera privada. Tras cinco décadas de actuación científica ininterrumpida, en la cual siempre se encontraron a la vanguardia de las investigaciones en temáticas láser en la región, los retos que asumen a futuro los investigadores del DEILAP, si bien en alguna medida son similares a los de antaño, quedan redimensionados por el contexto actual. Así, además de la imprescindible necesidad de ampliar los conocimientos teóricos en la materia, los científicos del DEILAP asumen el ineludible desafío de potenciar la utilidad social de sus investigaciones y de-sarrollos como forma de colaborar en la construcción de un país con mayores dosis de independencia tecnológica y soberanía productiva

revistatec2_suplemento_laseres

Documents