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Aceleradores lineales

El acelerador lineal, también llamado Linac por sus siglas en inglés, es un tipo de acelerador de partículas que imparte una serie de aumentos relativamente pequeños de energía a las partículas subatómicas a medida que pasan a través de una secuencia de campos eléctricos alternos establecidos en una estructura lineal. Las pequeñas aceleraciones se suman para dar a las partículas una energía mayor que la que se podría lograr con el voltaje usado en una sola sección.


En 1924, Gustaf Ising, un físico sueco, propuso la aceleración de partículas utilizando campos eléctricos alternos, con "tubos de deriva" (drift tubes) colocados a intervalos apropiados para proteger las partículas durante el medio ciclo cuando el campo está en la dirección incorrecta para la aceleración. Cuatro años después, el ingeniero noruego, Rolf Wideröe, construyó la primera máquina de este tipo, acelerando con éxito los iones de potasio a una energía de 50000 electronvoltios (50 kiloelectronvoltios).

Las máquinas lineales para acelerar partículas más ligeras, como protones y electrones, esperaban la llegada de potentes osciladores de radiofrecuencia, que se desarrollaron para radares durante la Segunda Guerra Mundial. Los linacs de protones operan típicamente a frecuencias de aproximadamente 200 megahercios (MHz), mientras que la fuerza de aceleración en los linacs de electrones es proporcionada por un campo electromagnético con una frecuencia de microondas de aproximadamente 3000 MHz.

Los aceleradores lineales de protones, diseñados por el físico estadounidense Luis Alvarez en 1946, es una variante más eficiente de la estructura de Wideröe. En este acelerador, los campos eléctricos se configuran como ondas estacionarias dentro de una “cavidad resonante” de metal cilíndrico, con tubos de deriva suspendidos a lo largo del eje central. El acelerador lineal de protones más grande está en la Instalación de Física Clinton P. Anderson Meson en Los Álamos, Nuevo México, EE.UU. Tiene 875 m de largo y acelera los protones a 800 millones de electronvoltios (800 megaelectronvoltios). En gran parte de su longitud, esta máquina utiliza una variación estructural, conocida como acelerador de cavidad acoplado lateralmente, en el que la aceleración se produce en celdas en el eje que están acopladas entre sí mediante cavidades montadas en sus lados. Estas cavidades de acoplamiento sirven para estabilizar el rendimiento del acelerador frente a cambios en las frecuencias de resonancia de las células de aceleración.

Los linacs electrónicos utilizan ondas viajeras en lugar de ondas estacionarias. Debido a su pequeña masa, los electrones viajan a una velocidad cercana a la de la luz a energías tan bajas como 5 megaelectrones voltios. Por lo tanto, pueden viajar a lo largo del linac con la onda acelerada, de hecho montando la cresta de la ola y siempre experimentando un campo acelerado. El linac de electrones más largo del mundo es la máquina de 3,2 kilómetros en el Centro Acelerador Lineal de Stanford (Universidad), Menlo Park, California, EE. UU. Puede acelerar electrones a 50 mil millones de electronvoltios (50 gigaelectrones voltios). Los linacs mucho más pequeños, tanto de protones como de electrones, tienen importantes aplicaciones prácticas en la medicina y en la industria.

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