Ciclotron

Ciclotrón
Un Ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas. El método directo de acelerar iones utilizando la diferencia de potencial presentaba grandes dificultades experimentales asociados a los campos eléctricos intensos. El ciclotrón evita estas dificultades por medio de la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes.
La mayoríade los actuales aceleradores de partículas de alta energía descienden del primer ciclotron de protones de 1 MeV construido por Ernest O. Lawrence y M. S. Livingstone en Berkeley (California, EE. UU.). El artículo original publicado en la revista Physical Review, volumen 40, del 1 de abril de 1932, titulado "Producción de iones ligeros de alta velocidad sin el empleo de grandes voltajes", describeeste original invento.
Descripción
El ciclotrón consta de dos placas semicirculares huecas, que se montan con sus bordes diametrales adyacentes dentro de un campo magnético uniforme que es normal al plano de las placas y se hace el vacío. A dichas placas se les aplican oscilaciones de alta frecuencia que producen un campo eléctrico oscilante en la región diametral entre ambas.
El campomagnético se ajusta de modo que el tiempo que se necesita para recorrer la trayectoria semicircular dentro del electrodo sea igual al semiperiodo de las oscilaciones. En consecuencia, cuando los iones vuelven a la región intermedia, el campo eléctrico habrá invertido su dirección y los iones recibirán entonces un segundo aumento de la velocidad al pasar al interior de la otra 'D'.
Su energía cinéticafinal será tantas veces mayor que la que corresponde al voltaje aplicado a los electrodos multiplicado por el número de veces que el ion ha pasado por la región intermedia entre las 'Ds'.
Movimiento circular
Una partícula cargada describe una semicircunferencia en un campo magnético uniforme. La fuerza sobre la partícula viene dada por el producto vectorial escalar Fm=q·v·B (q: carga, v, B: vectoresvelocidad y campo magnético). Su módulo es Fm=q·v·B, su dirección radial hacia el centro de la circunferencia. Aplicando la segunda ley de Newton al movimiento circular uniforme, obtenemos el radio de la circunferencia.
El tiempo que tarda en dar media vuelta es por tanto, independiente del radio de la órbita
Aceleración del ion
El ion es acelerado por el campo eléctrico existente entre lasD's. Incrementa su energía cinética en una cantidad igual al producto de su carga por la diferencia de potencial existente entre las D's.
Cuando el ion completa una semicircunferencia en el tiempo constante P1/2, se invierte la polaridad por lo que el ion es nuevamente acelerado por el campo existente en la región intermedia. El ion de nuevo, incrementa su energía cinética en una cantidad igual alproducto de su carga por la diferencia de potencial existente entre las D's.
La energía final del ion es nqV, siendo n el número de veces que el ion pasa por la región entre las D's.
Sincrotrón
El sincrotrón es un tipo de acelerador de partículas. Se diferencia de otros aceleradores en que las partículas se mantienen en una órbita cerrada. Los primeros sincrotrones se derivaron del ciclotrón,que usa un campo magnético constante para curvar la trayectoria de las partículas, aceleradas. La velocidad máxima a la que las partículas se pueden acelerar está dada por el punto en que la radiación sincrotón emitida por las partículas al girar es igual a la energía suministrada. Los sincrotrones también se utilizan para mantener las partículas circulando a una energía fija; en este casos recibenel nombre de «anillos de almacenamiento».
Los sincrotrones pueden usarse como colisionadores de partículas. En este tipo de sincrotrones, dos haces de partículas diferentes se aceleran en direcciones opuestas para estudiar los productos de su colisión. En otros sincrotrones se mantiene un haz de partículas de un solo tipo circulando indefinidamente a una energía fija, usándose como fuentes de...