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CICLOTRON,
ESPECTROMETRO Y
MONOCROMADOR
JUAN DAVID CORCHUELO MORENO
CICLOTRON
 Creado por Ernesto Orlando
Lawrence (1901-1958) en 1931
 El ciclotrón permitió producir
artificialmente mas de 300
substancias radioactivas . Elementos
artificiales como: radiofósforo,
radiosodio podían darse a un
paciente y seguir su trayectoria
dentro del cuerpo gracias a la
emisión de rayos gamma de gran
velocidad que despiden. Estas
experiencias resultaron de mucha
importancia en la lucha contra el
cáncer.
DEFINICIÓN
 Es un acelerador de
partículas circular
que, mediante la
aplicación combinada
de un campo eléctrico
oscilante y otro
magnético consigue
acelerar los iones
haciéndolos girar en
órbitas de radio y
energía crecientes.
Se basa en que el
periodo de rotación de
una partícula cargada
en el interior de un
campo magnético
uniforme es
independiente del radio
y de la velocidad:
De este modo, las partículas cargadas se introducen en un
dispositivo con forma de “D” y son aceleradas con un
voltaje alterno de frecuencia exactamente igual a ωc. A
cada mitad de vuelta la “D” contraria cambia de polaridad
comunicando a la partícula una energía qΔV. La velocidad
de la partícula crece de ese modo adquiriendo un valor v
= ωr igual a:
FUNCIONAMIENTO
 El ciclotrón tiene dos placas. La partícula cargada se
acelera entre ellas, llega a la placa que la atrae, la
atraviesa y entonces se encuentra con un intenso campo
magnético que la hace girar.
 La partícula entonces realiza una curva muy cerrada hasta
que vuelve a la placa que había atravesado. Mientras se
ha cambiado la polaridad de las dos placas: ahora el
electrodo que lo atrajo lo repele, y al revés. De modo que
la partícula atraviesa de nuevo el tubo, pero ahora en
sentido contrario al inicial y más rápido que la primera vez.
Cuando sale por el otro lado, se encuentra con un campo
magnético que la hace girar y vuelve a realizar el camino
en sentido contrario.
 Cada vez que la partícula realiza el recorrido, gira y vuelve,
se mueve más y más rápido de modo que la curva que
realiza es cada vez más (una espiral), hasta que llega un
momento en el que no puede acelerarse más o se saldría
del aparato: en este momento se hace que salga
definitivamente, tras haber recorrido el tubo muchas veces
y moverse muy rápido
APLICACIONES




Medicina nuclear
Identifica presencia de células tumorales
Facilita la investigación para el tratamiento del cáncer
Producción de radioisótopos necesarios para las
exploraciones con la técnica de tomografía de emisión de
positrones (PET)
 Técnicas de irradiación con protones de materiales de
interés tecnológico y/o biológico para estudios de daño por
irradiación e implantación iónica.
 Exploraciones de pacientes por técnica PET
 Estudio y desarrollo de nuevos fármacos para la técnica
PET
ESPECTROMETRO
 El fenómeno de emisión de
iones fue observado por
primera vez a comienzos del
siglo XX. El primer
instrumento similar a un
espectrómetro de masas fue
descrito en 1899 por J.J.
Thomson. En 1918 y 1919
A.J. Dempster y F.W. Aston
construyeron los primeros
instrumentos capaces de
actuar como un
espectrómetro de masas.
DEFINICIÓN
 Es un dispositivo que separa iones que tienen la misma
velocidad. Después de atravesar las rendijas, los iones
pasan por un selector de velocidades, una región en la que
existe un campo eléctrico y otro magnético cruzados.
 Los iones que pasan el selector sin desviarse, entran en
una región donde el campo magnético les obliga a describir
una trayectoria circular. El radio de la órbita es proporcional
a la masa, por lo que los iones de distinta masa impactan
en lugares diferentes de la placa.
COMPONENTES
 Fuente de ionización: elemento que ioniza el material a ser
analizado.
 Analizador de masa: Es la pieza más flexible, utiliza un
campo eléctrico o magnético para efectuar la trayectoria o
la velocidad de las partículas cargadas de una cierta
manera.
 Detector: Registra la carga inducida o la corriente
producida cuando un ion pasa cerca o golpea una
superficie
FUNCIONAMIENTO
 Si por ejemplo se vaporiza NaCl y se analizan los iones en
la primera parte del espectrómetro de masa; esto produce
iones de sodio y de cloro que tienen pesos moleculares
específicos. Estos iones tienen una carga que significa que
debido a ella tendrán movimiento bajo influencia de un
determinado campo eléctrico.
 Estos iones se envían a un compartimiento de aceleración
y se pasan a través de una lámina metálica. Se aplica un
campo magnético a un lado del compartimiento que atrae a
cada uno de los iones con la misma fuerza y se los desvía
sobre un detector.
 Los iones más ligeros se desviarán más que los pesados
porque tienen menos masa. El detector mide cuán lejos se
ha desviado cada ion y a partir de ese dato se calcula el
“cociente masa por unidad de carga”, determinando con
certeza la composición química de la muestra original.
APLICACIONES
 Química forense
 Metabolismo de los fármacos
 Caracterización de aromas, de proteínas de vinos, de
lacas, de pinturas.
 Análisis de procesos industriales, control de calidad de
productos de química fina e industrias farmacéuticas
 Estudios de contaminación de medio ambiente
 Análisis en hidrología, meteorología, geología, bioquímica,
agricultura y alimentación, biomedicina e industria nuclear.
MONOCROMADOR
 Componentes de un espectrómetro
a)
1
b)
2
3
4
1. Fuente de radiación
2. Sistema óptico
a) Sistema para dirigir la radiación
b) Sistema de aislamiento de la
longitud de onda (Monocromador)
3. Recipiente para la muestra
4. Sistema de detección
MONOCROMADOR DE PRISMA
DISPERSIÓN ANGULAR
El elemento dispersante es un prisma óptico que debido al
fenómeno de la refracción y en particular a su dependencia con λ
(dispersión refractiva) separa las distintas λ con distintos ángulos
MONOCROMADOR DE RED
DISPERSIÓN LINEAL
El elemento dispersante es una red de transmisión o
reflexión que debido al fenómeno de la difracción
separa las distintas λ con distintos ángulos