Los sensores españoles que miden la radiación en las misiones espaciales
Alberto Iglesias Fraga
En las próximas misiones espaciales de la Agencia Espacial Europea (ESA) veremos más tecnología española como protagonista de la exploración más allá de nuestras miras. En concreto, hablamos de un tipo especial de sensores microcalorímetros extremadamente sensibles y miniaturizados, como pequeños termómetros, que pueden detectar incluso la energía de un solo fotón.
Estos sensores están siendo planificados para ser utilizados como alternativa europea para el instrumento X-IFU (espectrómetro de rayos X de alta resolución) en el telescopio de rayos X ATHENA de la ESA, que se lanzará en 2030, y que en principio contará con detectores fabricados por la NASA. ATHENA (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics) sustituirá al exitoso XMM-Newton y estudiará el origen de las galaxias, los agujeros negros y otros fenómenos del universo caliente y energético.
El proyecto está liderado por el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB) y el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA), con la colaboración del Instituto de Física de Cantabria (IFCA) y el organismo de investigación espacial holandés SRON-Netherlands Institute for Space Research. Los científicos explican que “este tipo de sensores también se están desarrollando para ser utilizados en otras misiones espaciales como SPICA (un telescopio espacial de infrarrojos para cosmología y astrofísica)”.
En el plano más técnico, estos sensores -llamados sensores de transición abrupta (“transition-edge-sensors”, TES)- están hechos de capas finas de molibdeno y oro, que tienen propiedades superconductoras y funcionan a temperaturas criogénicas cercanas al cero absoluto. Estos sensores pueden fabricarse con otros materiales, como titanio y oro.
“El molibdeno es un material superconductor con una temperatura crítica muy baja. La temperatura crítica es la temperatura por debajo de la cual la resistencia eléctrica desaparece en el material, y una corriente puede circular sin pérdidas energéticas”, explica el investigador Agustín Camón, del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón. “Combinando molibdeno en contacto con una capa de metal, como el oro, se consigue disminuir su temperatura crítica hasta los 100 mK. Estas bajas temperaturas son necesarias para asegurar la detección de la radiación con alta sensibilidad y con bajo nivel de ruido”.
El funcionamiento es el que sigue: cuando se acoplan estos sensores a un absorbente adecuado, los sensores TES se convierten en detectores de radiación con capacidades espectroscópicas excelentes; esto los hace extremadamente interesantes para una variedad de instrumentos que requieren alta sensibilidad y resolución. Por ello, los detectores criogénicos de radiación basados en sensores TES constituyen la próxima generación en instrumentación para una variedad de aplicaciones científicas y tecnológicas. Aunque fueron desarrollados para el espacio, se han empezado a utilizar en una amplia gama de aplicaciones, incluida la astronomía, la nanotecnología, la biomedicina, la seguridad y la industria, debido a su extraordinaria sensibilidad, lo que representa beneficios de la investigación espacial para otros ámbitos de la ciencia.
“Los TES pueden detectar casi el 100 % de los fotones de rayos X y pueden determinar las diferencias de energía entre los fotones con alta resolución en un rango de energía clave para el estudio de los materiales. Pueden detectar diferencias en la energía de los fotones 50 veces más pequeñas que los detectores actuales de última generación y por tanto, por ejemplo, en análisis de materiales proporcionan información altamente detallada sobre la estructura química y electrónica que no se puede medir fácilmente con otros tipos de espectrómetros“, añaden los investigadores.
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