Reportaje publicado en el Anuario de la Innovación en España 2025.
SMART-Lab es el nombre del nuevo laboratorio de imanes de alto campo del CIEMAT. Inaugurado en mayo de este año, se trata de una infraestructura científica pionera en España y una de las nueve a nivel mundial con características científico-tecnológicas similares. El centro es parte del Programa de Imanes Superconductores de Muy Alto Campo (PRISMAC), en el que colaboran el CERN, el CDTI y el propio CIEMAT.
Las instalaciones del SMART-Lab están listas para el desarrollo de imanes superconductores capaces de generar campos magnéticos superiores a los 12 Tesla. Esta cifra multiplica por más de 180.000 el campo magnético terrestre.
Como explica a esta publicación Carla Martins, responsable del Laboratorio SMARTLab de la Unidad de Tecnología de Imanes del CIEMAT, la superconductividad es un fenómeno que permite a ciertos materiales conducir electricidad sin resistencia cuando se enfrían a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero absoluto. “Es decir, la electricidad puede circular por los materiales superconductores sin pérdida de energía. Por eso son capaces de generar campos magnéticos mucho más intensos y estables que los materiales conductores normales, como el cobre o el aluminio”.
La experta añade que, “aunque suele pasar desapercibido”, el magnetismo está presente en casi todo lo que nos rodea. “Por ejemplo, en los motores que hacen funcionar nuestros electrodomésticos, en las tarjetas de crédito o en los discos duros de los ordenadores”. “Pero su verdadero potencial”, indica Martins, “reside en las aplicaciones científicas y tecnológicas de la superconductividad en sectores estratégicos como la medicina, la energía, la investigación fundamental y la industria tecnológica avanzada”.
Aplicación tangible
En el ámbito médico, la superconductividad “ha revolucionado” el diagnóstico por imagen. “Los imanes superconductores permiten obtener imágenes internas del cuerpo humano sin radiación y con un nivel de detalle imposible con otras técnicas. Son el corazón de los equipos de resonancia magnética, herramientas esenciales para detectar el cáncer o el Alzheimer”, detalla la investigadora.
Los imanes también son utilizados en hadronterapia, una técnica avanzada de radioterapia que utiliza protones o iones pesados en lugar de rayos X para destruir tumores con gran precisión, liberando la mayor parte de su energía justo al llegar al tumor, sin dañar los tejidos sanos que lo rodean.
Dentro del terreno de la energía, los imanes superconductores están implicados en una de las disrupciones más desafiantes: el desarrollo de los reactores de fusión nuclear, la tecnología que pretende reproducir la energía de las estrellas. “Son esenciales para confinar y estabilizar el plasma, un gas extremadamente caliente donde se produce la fusión de núcleos atómicos. Si este reto tecnológico es superado, la humanidad contará con una fuente de energía limpia, segura e inagotable, transformando el panorama energético global”.
Ciencia y tecnología
La superconductividad es además “una herramienta indispensable” para la ciencia fundamental. En instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, más de 1.000 imanes superconductores guían los haces de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz para recrear las condiciones que existieron justo después del Big Bang. “Gracias a ellos, los científicos estudian la estructura de la materia para intentar desvelar los misterios del universo: desde el origen de la masa hasta la naturaleza de la energía oscura”.
Muchas de las innovaciones en superconductividad, encuentran aplicación en la industria tecnológica. “Impulsa sectores como la levitación magnética –empleada en transportes de alta velocidad-, la fabricación de materiales avanzados, los componentes para satélites o los sistemas criogénicos. Esta transferencia de conocimiento, convierte a la superconductividad en un motor de competitividad y desarrollo para la economía del futuro”, explica la responsable del SMART-Lab.
Romper límites
En el SMART-Lab se cruzan disciplinas como la física y la ingeniería para explorar nuevas configuraciones y materiales que permitan superar los límites actuales de la tecnología magnética. “En el laboratorio contamos con medios punteros para diseñar, fabricar y validar componentes de imanes superconductores”.
La composición de estos imanes puede variar. “Los hay formados por bobinas de aleaciones superconductoras de ‘baja temperatura’ –como el niobio-titanio o el niobio-estaño- y de ‘alta temperatura’; materiales que son superconductores a temperaturas más altas que los tradicionales de baja temperatura. Es posible enfriarlos con nitrógeno líquido (a unos 196 grados bajo cero), “mucho más barato y fácil de manejar” que el helio líquido requerido por los de alta temperatura (unos 270 grados bajo cero). “Estos materiales abren la puerta a aplicaciones más accesibles, seguras y económicas”, asegura Carla Martins.
Progreso constante
El equipo de la Unidad de Tecnología de Imanes del CIEMAT, liderado por Fernando Toral, está terminando de fabricar una serie de dieciocho imanes superconductores para el proyecto High Luminosity–Large Hadron Collider (HL-LHC) del CERN. Es una actualización que busca multiplicar por diez la luminosidad del actuar colisionador y permitirá explorar nuevas partículas y profundizar en el estudio de la materia oscura.
Los imanes están diseñados por el mismo equipo que se encarga de su fabricación. Serán los encargados de la última corrección de la trayectoria de las partículas, justo antes de las colisiones experimentales en el acelerador. Están formados por dos imanes dipolares concéntricos, que crean campos magnéticos perpendiculares entre sí. “Es un importante reto a nivel mecánico”, admite Martins. “Entre los imanes dipolares se genera un par motor equivalente al de 130 motores de los coches eléctricos más potentes del mercado. Serán los primeros imanes en utilizar un sistema de bloqueo mecánico de dicho par que van a ser instalados en un acelerador de partículas”.
Disrupción que homenajea a Margarita Salas
Coordinado también por el CERN, el programa High Field Magnets (HFM) cuenta con la colaboración del SMART-Lab del CIEMAT. La iniciativa incluye el diseño y fabricación de un demostrador de 14 Tesla en configuración Common Coil llamado DAISY, en honor a Margarita Salas, pionera de biología molecular.
El proyecto es de especial relevancia. Las bobinas que se montarán en este imán serán las primeras de niobio-estaño fabricadas en SMART-Lab. Carla Martins detalla que los cables superconductores de niobio-estaño son rígidos y frágiles, lo que impide utilizarlos directamente para enrollarlos en la forma final requerida por las bobinas.
A fin de evitar que el cable se rompa o degrade, se utilizan cables flexibles en los que los componentes están embebidos como polvo; sin mezclar. “Una vez está hecha la bobina, se introduce en un molde para mantener la forma deseada y es sometida a un ciclo térmico en un horno de reacción durante dos semanas. De este modo, los componentes se mezclen y forman la aleación superconductora. Es necesario mantener durante cuatro días la bobina a 650 grados centígrados”.
Otro trabajo destacado que el grupo tiene entre manos es la fabricación de un imán de 4 Tesla en configuración CCT (Canted Cosine Theta por sus siglas en inglés) para el proyecto IFAST. “Esta configuración de imán es muy adecuada para utilizarla en instalaciones de hadronterapia. Logra que estos equipos sean más compactos y eficientes que los actuales. Los resultados obtenidos son muy prometedores”. Además, el laboratorio ha iniciado su colaboración en el desarrollo de reactores de fusión y en proyectos de aceleradores de partículas para el estudio de nuevos materiales.
Preparación para el binder (pegado) de una bobina.
Al lado de la industria
Carla Martins vuelve a poner el acento en que el desarrollo de imanes superconductores en el SMART-Lab “es clave” para la autonomía estratégica y científica de España. “Su fabricación está concentrada en muy pocos países y, por primera vez, España puede hacerlo”.
Con una superficie cercana a 1.000 metros cuadrados distribuidos en tres plantas, en el laboratorio se pueden fabricar imanes de hasta dos metros de longitud y diez toneladas de peso. Actualmente, el equipo de SMART-Lab está formado por una quincena de personas entre ingenieros y técnicos, que trabajan en los diversos proyectos mencionados.
“Contar con un laboratorio nacional capaz de diseñar y producir estos dispositivos permite reducir la dependencia tecnológica exterior y fortalecer el papel de España en proyectos internacionales”, añade Martins. “Además, impulsa la transferencia de conocimiento entre el ámbito científico y la industria, fortaleciendo el I+D+i en sectores relacionados con el magnetismo avanzado y la superconductividad”.
La experta concluye señalando que SMART-Lab apoya a la industria española de la ciencia “para que participe en el suministro de equipos a instalaciones científicas de vanguardia, tanto a nivel nacional como internacional, creando nuevas capacidades en el sector industrial español”.
