ciclotron

 
Ciclotrón
 Historia:
El ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas ideado en1931 por ernest o. Lawrence y m.stanley livingstone, en la universidad de berkley (california), como acelerador de partículas cargadas. El método directo de acelerar iones utilizando la diferencia de potencial presentaba grandes dificultades experimentales asociados a los campos eléctricos intensos, Lawrencey livingstone idearon el ciclotrón que evita estas dificultades por medio de la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes.
Los aceleradores de mayor potencia que se construyen actualmente son muy costosos, invirtiéndose más de la mitad de los gastos en la construcción de grandiosos imanes para aceleradores: son los imanes más grandes ycostosos del mundo. Son los elementos imprescindibles de la mayoría de los aceleradores de partículas cargadas (ciclotrones). Y aunque el campo magnético en los aceleradores no supera los 15-17 mil oe, los aceleradores ostentan los récords dentro de las máquinas más grandes que se utilizan en las investigaciones físicas y en la técnica.

Función que cumple
 Funcionamiento:

el ciclotrón esun acelerador de partículas circular que mediante la acción de un campo eléctrico oscilante y otro magnético consigue acelerar los iones haciéndolos girar en órbitas de radio y energía crecientes. Se podría decir que el ciclotrón se trata de un acelerador winderöe en forma circular y provisto de dos electrones en lugar de muchos de ellos. El ciclotrón consta de de dos cajas planas semicirculares,denominadas “des” (d1 y d2).



las “des” se encuentran encerradas en un compartimento estanco, y el conjunto se halla colocado entre los polos de un electroimán lo bastante grande para proporcionar un campo magnético suficientemente constante sobre la superficie total de las “des”.


el movimiento de las partículas se fundamenta en la ley de lorentz:



continuando con elfuncionamiento, estas "des" se encuentran conectadas a un generador de alta frecuencia, capaz de de desarrollar, a través de las “des”, un voltaje muy alto (unos 30000 v más o menos), a varios millones de hercios. Un filamento eléctrico incandescente, produce una corriente de electrones que ioniza el gas de hidrógeno deuterio y helio existente en el sistema, para producir protones, deuterones o partículasalfa respectivamente.

El éxito del ciclotrón depende del hecho de que el tiempo exigido por un ion de una carga-masa dada para completar una revolución en el campo magnético, no se altera al aumentar la energía del ion. Así, con tal que la frecuencia y el campo magnético estén en su justa proporción, un ion que haya partido de la fuente, y sea captado por el campo eléctrico en su fase correctaen la abertura entre las “des", experimentará sincrónicamente una aceleración cada vez que cruce la abertura.

El hecho de que la frecuencia sea variable es debido a que los primeros ciclotrones (de frecuencia fija) tenían en la práctica un límite de energía máxima resultante del aumento de la masa de las partículas cuando alcanzan energías entre 20 y 30 mev. A estas energías, las partículasempiezan a girar más despacio y no se puede mantener por más tiempo su sincronismo con el voltaje de radiofrecuencia de las “des”.

Esta pérdida de sincronismo puede ser neutralizada disponiendo que el campo magnético crezca en la medida en que lo hace la distancia radial al centro. A su vez, este tipo de campo provoca un desenfoque vertical y hace que las partículas golpeen las superficiessuperiores e inferiores de las “des”. Para evitarlo y mantener las partículas próximas al plano mediano del campo magnético se hace decrecer ligeramente el campo magnético mientras aumenta el radio.

El espacio hueco del interior de las “des” está esencialmente libre de campo eléctrico. El ion, una vez en este espacio, se mueve a velocidad constante en la trayectoria circular prescrita por el...