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Publicado: 1 de diciembre de 2012
¿Que es un acelerador de partículas?
Los aceleradores de partículas son instrumentos que utilizan campos electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente de forma que éstas colisionen entre sí hasta alcanzar velocidades cercanas a la de la luz y energías muy elevadas.
Existen dos tipos básicos de aceleradores: los lineales y los circulares. Un acelerador puede serdesde un tubo de rayos catódicos como los que se encuentran en el interior de un monitor de ordenador o un televisor, hasta grandes instrumentos que ocupan áreas kilométricas.4
A. Aceleradores Lineales
Los aceleradores lineales de altas energías utilizan un conjunto de placas o tubos situados en línea a los que se les aplica un campo eléctrico alterno. Cuando las partículas se aproximan a unaplaca se aceleran hacia ella al aplicar una polaridad opuesta a la suya. Justo cuando la traspasan, a través de un agujero practicado en la placa, la polaridad se invierte, de forma que en ese momento la placa repele la partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa. Generalmente no se acelera una sola partícula, sino un continuo de haces de partículas, de forma que se aplica a cadaplaca un potencial alterno cuidadosamente controlado de forma que se repita de forma continua el proceso para cada haz.
Figura 2 Trayectoria Acelerador Lineal
B. Aceleradores Circulares
Estos tipos de aceleradores poseen una ventaja añadida a los aceleradores lineales al usar campos magnéticos en combinación con los eléctricos, pudiendo conseguir aceleraciones mayores en espacios másreducidos. Además las partículas pueden permanecer confinadas en determinadas configuraciones teóricamente de forma indefinida.
Sin embargo poseen un límite a la energía que puede alcanzarse debido a la radiación sincrotrón que emiten las partículas cargadas al ser aceleradas. La emisión de esta radiación supone una pérdida de energía, que es mayor cuanto más grande es la aceleración impartida a lapartícula. Al obligar a la partícula a describir una trayectoria circular realmente lo que se hace es acelerar la partícula, ya que la
velocidad cambia su sentido, y de este modo es inevitable que pierda energía hasta igualar la que se le suministra, alcanzando una velocidad máxima.
Figura 3 Trayectoria Acelerador Circular
Para un mismo campo eléctrico de aceleración, el aceleradorcircular permite alcanzar mayores energías, pues la particular pasa repetidas veces por el campo.
Por otro lado, es más sencillo conducir la partícula en la dirección adecuada en un acelerador lineal debido a que no se necesita curvar su trayectoria y solo pasa una vez por cada punto, entre otros motivos.
Existen dos tipos principales de aceleradores de partículas de los cuales se derivanalgunos otros, analizaremos estos dos tipos de aceleradores, los cuales analizaremos brevemente a continuación:
C. Ciclotron
El primer ciclotrón fue desarrollado por Ernest Orlando Lawrence en 1929 en la Universidad de California. En ellos las partículas se inyectan en el centro de dos pares de imanes en forma de "D". Cada par forma un dipolo magnético y además se les carga de forma que existauna diferencia de potencial alterna entre cada par de imanes. Esta combinación provoca la aceleración.
Estos aceleradores tienen un límite de velocidad bajo en comparación con los sincrotrones debido a los efectos explicados anteriormente. Aun así las velocidades que se alcanzan son muy altas, llamadas relativistas por ser cercanas a la velocidad de la luz. Por este motivo se suelen utilizarunidades de energía (electronvoltios y sus submúltiplos habitualmente) en lugar de unidades de velocidad. Por ejemplo, para protones, el límite se encuentra en unos 10
MeV. Por este motivo los ciclotrones solo se pueden usar en aplicaciones de bajas energías. Existen algunas mejoras técnicas como el sincrociclotrón o el ciclotrón síncrono, pero el problema no desaparece.
Figura 4 Dibujo...
Los aceleradores de partículas son instrumentos que utilizan campos electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente de forma que éstas colisionen entre sí hasta alcanzar velocidades cercanas a la de la luz y energías muy elevadas.
Existen dos tipos básicos de aceleradores: los lineales y los circulares. Un acelerador puede serdesde un tubo de rayos catódicos como los que se encuentran en el interior de un monitor de ordenador o un televisor, hasta grandes instrumentos que ocupan áreas kilométricas.4
A. Aceleradores Lineales
Los aceleradores lineales de altas energías utilizan un conjunto de placas o tubos situados en línea a los que se les aplica un campo eléctrico alterno. Cuando las partículas se aproximan a unaplaca se aceleran hacia ella al aplicar una polaridad opuesta a la suya. Justo cuando la traspasan, a través de un agujero practicado en la placa, la polaridad se invierte, de forma que en ese momento la placa repele la partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa. Generalmente no se acelera una sola partícula, sino un continuo de haces de partículas, de forma que se aplica a cadaplaca un potencial alterno cuidadosamente controlado de forma que se repita de forma continua el proceso para cada haz.
Figura 2 Trayectoria Acelerador Lineal
B. Aceleradores Circulares
Estos tipos de aceleradores poseen una ventaja añadida a los aceleradores lineales al usar campos magnéticos en combinación con los eléctricos, pudiendo conseguir aceleraciones mayores en espacios másreducidos. Además las partículas pueden permanecer confinadas en determinadas configuraciones teóricamente de forma indefinida.
Sin embargo poseen un límite a la energía que puede alcanzarse debido a la radiación sincrotrón que emiten las partículas cargadas al ser aceleradas. La emisión de esta radiación supone una pérdida de energía, que es mayor cuanto más grande es la aceleración impartida a lapartícula. Al obligar a la partícula a describir una trayectoria circular realmente lo que se hace es acelerar la partícula, ya que la
velocidad cambia su sentido, y de este modo es inevitable que pierda energía hasta igualar la que se le suministra, alcanzando una velocidad máxima.
Figura 3 Trayectoria Acelerador Circular
Para un mismo campo eléctrico de aceleración, el aceleradorcircular permite alcanzar mayores energías, pues la particular pasa repetidas veces por el campo.
Por otro lado, es más sencillo conducir la partícula en la dirección adecuada en un acelerador lineal debido a que no se necesita curvar su trayectoria y solo pasa una vez por cada punto, entre otros motivos.
Existen dos tipos principales de aceleradores de partículas de los cuales se derivanalgunos otros, analizaremos estos dos tipos de aceleradores, los cuales analizaremos brevemente a continuación:
C. Ciclotron
El primer ciclotrón fue desarrollado por Ernest Orlando Lawrence en 1929 en la Universidad de California. En ellos las partículas se inyectan en el centro de dos pares de imanes en forma de "D". Cada par forma un dipolo magnético y además se les carga de forma que existauna diferencia de potencial alterna entre cada par de imanes. Esta combinación provoca la aceleración.
Estos aceleradores tienen un límite de velocidad bajo en comparación con los sincrotrones debido a los efectos explicados anteriormente. Aun así las velocidades que se alcanzan son muy altas, llamadas relativistas por ser cercanas a la velocidad de la luz. Por este motivo se suelen utilizarunidades de energía (electronvoltios y sus submúltiplos habitualmente) en lugar de unidades de velocidad. Por ejemplo, para protones, el límite se encuentra en unos 10
MeV. Por este motivo los ciclotrones solo se pueden usar en aplicaciones de bajas energías. Existen algunas mejoras técnicas como el sincrociclotrón o el ciclotrón síncrono, pero el problema no desaparece.
Figura 4 Dibujo...
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