Acelerador De Particulas

INTRODUCCION

El átomo se consideraba hacia 1808 como el elemento más pequeño e indivisible que constituía la materia, pues en ese año John Dalton publicó su teoría atómica. Posteriormente Thomson descubrió el electrón, a continuación las investigaciones de Bohr sobre el modelo atómico del hidrógeno que había propuesto Rutherford. Utilizando la teoría cuántica interpretó el espectro del H y en 1913 publicó su modelo atómico, en el que se explicaba el ascenso y descenso de los electrones a unos y otros niveles de energía. Este modelo atómico explicaba fielmente el comportamiento del átomo de H y de los átomos hidrogenoides, pero espectros atómicos más complejos quedaban fuera de toda aclaración, al igual que tampoco explicaba el efecto de desdoblamiento que se producía en las líneas espectrales debido a los campos magnéticos. Hacia mediados del siglo XX se descubrieron gran cantidad de partículas que se consideran elementales. Hoy por hoy se sigue estudiando en los aceleradores y colisionadores de partículas de todo el mundo el posible descubrimiento de nuevas partículas.

Acelerador de partículas

Ejemplo: El tubo de rayos catódicos de un televisor es una forma simple de acelerador de partículas.

Hay dos tipos básicos de aceleradores de partículas:

Acelerador lineal

Un acelerador lineal, muchas veces llamado linac por las primeras sílabas de su nombre en inglés (linear accelerator) es un dispositivo eléctrico para la aceleración de partículas que posean carga eléctrica, tales como los electrones, positrones, protones o iones. La aceleración se produce por incrementos, al atravesar las partículas una secuencia de campos eléctricos alternos.

El concepto teórico del acelerador lineal usando un campo oscilatorio de radiofrecuencias fue concebido en 1924 por el físico sueco Gustaf Ising. Influenciado por esta idea, el ingeniero noruego Rolf Widerøe construyó el primero, con el que pudo acelerar iones de potasio hasta una energía de 50 000 eV. La aparición de generadores más potentes de radiofrecuencias, desarrollados para los radares durante la Segunda Guerra Mundial supuso un avance importante en el diseño de los aceleradores lineales, al posibilitar la aceleración de partículas más ligeras, como los protones y electrones. En 1946 Luis Álvarez diseñó un acelerador de 875 m de longitud emplazado en una cavidad resonante, capaz de acelerar protones hasta alcanzar una energía de 800 MeV. El acelerador lineal de mayor longitud, con 3.2 km, se encuentra en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, California.

Los aceleradores lineales se utilizan en la física de partículas y para la producción de radiación para el estudio de la estructura y propiedades de la materia. También tienen aplicaciones prácticas en la industria de semiconductores y la medicina

Ventajas y desventajas del acelerador lineal:

Los aceleradores lineales generan un haz de partículas cargadas intenso, a alta energía y con un rango de características que lo convierten en un instrumento idóneo para múltiples aplicaciones. Es posible obtener haces de pequeño tamaño, colimados, de pulsos concentrados en el tiempo o con baja distribución de energías. Entre las ventajas de este tipo de aceleradores se cuentan las siguientes:

El haz atraviesa el acelerador una vez, lo que evita efectos de resonancia destructiva.

El haz viaja en línea recta, por lo cual no se producen pérdidas de energía por radiación sincrotrón.

No se precisa de dispositivos complicados para inyectar y extraer el haz.

Puede producir haces pulsados u operar a onda continua.

La principal desventaja del acelerador lineal es que, para conseguir alcanzar altas energías, es necesario aumentar el número de elementos de aceleración, con el consiguiente incremento en los costos de construcción. En contraste, en los aceleradores circulares, las partículas atraviesan la cavidad de radiofrecuencias un número indefinido de veces.

Generalmente no se acelera una sola partícula, sino un continuo de haces de partículas, de forma que se aplica a cada placa un potencial alterno cuidadosamente controlado de forma que se repita de forma continua el proceso para cada haz.

En los aceleradores de partículas más antiguos se usaba un Generador de Cockcroft-Walton para la multiplicación del voltaje. Esta pieza del acelerador ayudó al desarrollo de la bomba atómica. Construido en 1937por Philips de Eindhoven, se encuentra actualmente en el museo de ciencias naturales de Londres (Inglaterra).

A medida que las partículas se acercan a la velocidad de la luz, la velocidad de inversión de los campos eléctricos se hace tan alta que deben operar a frecuencias de microondas, y por eso, en muy altas energías, se utilizan cavidades resonantes de frecuencias de radio en lugar de placas.

Los tipos de aceleradores de corriente continua capaces de acelerar a las partículas hasta velocidades suficientemente altas como para causar reacciones nucleares son los generadores Cockcroft-Walton o los multiplicadores de potencial, que convierten una corriente alterna a continua de alto voltaje, o bien generadores Van de Graaf que utilizan electricidad estática transportada mediante cintas.

Estos aceleradores se usan en muchas ocasiones como primera etapa antes de introducir las partículas en los aceleradores circulares.

Estos aceleradores son los que se usan en radioterapia y radiocirugía. Utilizan válvulas klistrón y una determinada configuración de campos magnéticos, produciendo haces de electrones de una energía de 6 a 30 millones de electronvoltios (MeV). En ciertas técnicas se utilizan directamente esos electrones, mientras que en otras se les hace colisionar contra un blanco de número atómico alto para producir haces de rayos X. La seguridad y fiabilidad de estos aparatos está haciendo retroceder a las antiguas unidades decobaltoterapia.

Componentes

Un acelerador de partículas líneal moderno cuenta con los siguientes elementos:

Una fuente

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