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ACELERADORES DE PARTÍCULAS
De lo eléctrico a lo magnético
Hossein Mohseni Código: 261647
([email protected])
Universidad Nacional de Colombia
RESUMEN
Una de las grandes aplicaciones de electromagnetismo es el acelerador de partículas. Los
aceleradores de partículas como su nombre lo menciona son instrumentos para acelerar partículas
cargadas eléctricamente por medio de grandes campos electromagnéticos, para llevarlos así a una
velocidad cercana a la velocidad de la luz, y así realizar experimentos para obtener resultados, y
utilizarlo en aparatos eléctricos y electrodomésticos.
PALABRAS CLAVES
Acelerador de partículas, energía, diferencia potencial, campos eléctricos, campos magnéticos,
electromagnetismo.
INTRODUCCIÓN
En este artículo nos vamos a concentrar más
en los usos científicos de los aceleradores de
partículas, y vamos a profundizarnos
también poco sobre el acelerador de
partículas de CERN. Pero es de gran
importancia
que
en
los
aparatos
electrodomésticos
también
se
usan
aceleradores de partículas, como por
ejemplo en los televisores y monitores. Es
bueno saber que existen dos tipos de
aceleradores de partículas, el primero es el
acelerador de bajas energías y el segundo es
el acelerador de altas energías. Pero en este
artículo nos concentramos más sobre los
aceleradores de partículas de altas energías,
ya que con estos aceleradores se logran
grandes experimentos y productos.
ACELERADORES DE BAJAS ENERGÍAS:
Estos aceleradores se empezaron a usar a los
finales de la de dada de los 70 y son los
instrumentos que se usan en la vida
cotidiana diariamente como los aceleradores
lineales de una sola etapa de los televisores y
monitores,
los
aparatos de rayos X
que se encuentran
en
hospitales,
clínicas
dentales,
etc.
A estos aceleradores se les aplica una
diferencia potencial, por tal motivo no
pueden alcanzar grandes energías por que
entonces se necesitaría generar grandes
diferencias potenciales. Esta diferencia
potencial alcanza hasta miles de voltios y se
genera por un único par de electrodos.
Un ejemplo de esos aceleradores son los que
se usan para generar
reacciones nucleares
y se denominan
generadores
Cockcroft-Walton o
los multiplicadores de potencia.
ACELERADORES DE ALTAS ENERGÍAS:
Cabe mencionar que el acelerador lineal más
largo del mundo es el colisionador electrónpositrón Stanford Linear Accelerator (SLAC),
que tiene una longitud igual a 3 km.
Existen dos tipos de aceleradores de
partículas, el primer tipo son los
aceleradores lineales con campos eléctricos,
y el segundo tipo es el acelerador de
partículas circulares.
Aceleradores Lineales:
Los aceleradores lineales funcionan de
manera que, una placa genera un campo
eléctrico que atrae a
la
partícula,
y
exactamente
al
momento en que la
partícula pasa de la
placa, el campo eléctrico se invierte, de
manera que la placa repele la partícula.
Durante el camino de la partícula hay varias
placas y por lo tanto este proceso se repite
por medio de estas placas hasta que la
partícula alcance grandes velocidades.
La aplicación de los aceleradores lineales de
alta energías:
Los aceleradores lineales de alta energía se
usan en radioterapia y radiocirugía, donde se
aplican campos magnéticos y se generan
hasta 30 millones de eV. Otra aplicación de
este tipo de acelerador es la generación de
neutrones aplicables a los amplificadores de
potencia para la transmutación de los
isótopos radiactivos generados en la fisión,
donde se colisionan las partículas.
Aceleradores Circulares:
Imagen 1: Acelerador lineal con varias placas
La ventaja que
tienen
estos
aceleradores con
respecto a los
aceleradores
lineales, es que estos además de usar
campos eléctricos, usan campos magnéticos,
lo que ayuda a poder producir grandes
velocidades y energías en espacios mucho
más reducidos.
La desventaja que tiene este tipo de
acelerador es que pierde velocidad y energía
por tener una trayectoria circular ya que en
cada instante tiene que tener un cambio en
la dirección de la partícula.
Los aceleradores circulares también se
dividen en varios grupos que dos tipos más
importante de estos son: el ciclotrón y el
sincrotrón.
El ciclotrón:
En los ciclotrones 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 exista una
diferencia
de
potencial alterna
entre cada par de
imanes.
Esta
combinación
genera la aceleración de las partículas.
La velocidad de las partículas es muy cercana
a la velocidad de la luz e n este tipo de
aceleradores.
El primer ciclotrón fue desarrollado y creado
por Ernest Orland Lawrence en el año 1929
en la universidad de California.
La aplicación de los ciclotrones:
Una de las más importantes aplicaciones de
los ciclotrones es la producción de los
radioisótopos para el uso médico, también la
esterilización de los instrumentos médicos y
los alimentos. Además de anterior los
ciclotrones tienen usos de carácter científico.
EL Sincrotrón:
El sincrotrón presenta algunas ventajas con
respecto a los aceleradores lineales y los
ciclotrones.
Los
sincrotrones
principalmente son
capaces
de
conseguir mayores
energías en las partículas aceleradas. Pero
entonces necesitan configuraciones de
campos electromagnéticos mucho más
complejos, es decir que los simples dipolos
eléctricos y magnéticos son reemplazados
por cuadrupolos, sextupolos, octupolos y
mayores.
Las aplicaciones de los sincrotrones
Estos sincrotrones han aportado en el
desarrollo de los superconductores para
evitar el gran consumo de energía, sistemas
de vacio para mantener las partículas en el
conducto sin la pérdida del haz inadmisible y
superordenadores que son capaces de
calcular la trayectoria de las partículas en
diferentes configuraciones simuladas.
BIBLIOGRAFÍA:
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http://aula2.elmundo.es/aula/lami
nas/lamina1134988431.pdf
http://daneshnameh.roshd.ir
http://www.talab.ir/news_detail_1
288.html
http://proxuze.blogspot.com/2010/
01/que-es-un-acelerador-departiculas.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica
/elecmagnet/movimiento/lineal/lin
eal.htm