Aceladores de baja energia

ACELERADORES DE BAJA ENERGÍA

DEFINICIÓN

Qué es un acelerador de partículas. Dispositivos que utilizan campos electromagnéticos para acelerar partículas cargadas hasta altas velocidades y hacerlas colisionar con otras partículas.

Al contrario de la creencia popular, los aceleradores de partículas no son aparatos exclusivos de laboratorios sofisticados, sino que también se encuentran muy presentes en la vida cotidiana de las personas, en forma de aceleradores de bajas energías.

FUNCIONAMIENTO

Están basados en un principio simple: la alternancia de campos magnéticos y campos eléctricos aceleran una partícula y en cada vuelta su velocidad aumenta proporcionalmente a la capacidad de los electroimanes que dispongamos en el recorrido.  La parte interna del tubo debe estar completamente al vacio, para evitar choques de las partículas aceleradas y materia presente, lo cual provocaría pérdidas de eficacia en la trayectoria. Se logran velocidades próximas a la luz. (Del rio, 2011)

EJEMPLOS

Los televisores o monitores de ordenador (los modelos antiguos que utilizaban tubos de rayos catódicos , los cuales pueden considerarse aceleradores lineales de una sola etapa) o los aparatos de rayos X que pueden encontrarse en las clínicas dentales o en los hospitales . Estos aceleradores de bajas energías utilizan un único par de electrodos a los que se les aplica una diferencia de potencial , directamente, de algunos miles de voltios. (Delgado, 2008)

                                                         Tubos catódicos      

  Fluorescente

Otros usos de los aceleradores de baja energía son “el tubo fluorescente que se usa para iluminar y el magnetrón que se usa en el microondas”, de hecho hay muchos más usso. Por lo general requieren de poca energía para funcionar.

                                                Magnetrón para microondas

Un acelerador de partículas es, básicamente, un tubo de rayos catódicos, incandescente, que desprende electrones y que, a su vez, son acelerados mediante un campo electromagnético para que impacten en una pantalla. Cada impacto de electrón produce un punto en la pantalla y el conjunto de impactos configura la imagen que vemos. La diferencia con un acelerador de partículas, por ejemplo el llamado LEP (Large Electron-Positron Collider), ubicado en las instalaciones del CERN (Centre Européen pour la Recherche Nucléaire), es que la energía inducida a ese electrón es cien millones de veces mayor que la de la televisión.

Ánodo y Cátodo

Consta, esencialmente, de una fuente productora de las partículas y de un dispositivo acelerador basado en el principio de que, cuando una carga eléctrica que se somete a una diferencia de potencial V, adquiere una energía cinética E= q.V. Los aceleradores electrostáticos son los más sencillos, como el generador de Van der Graaf y el acelerador Cockcroft-Walton.

 

                                            

Generador Van der Graaf                                                          Generador Cockcroft-Walton

VENTAJAS

·         Son de uso cotidiano.

·         Utilizados en diferentes campos tecnológicos.

·         Algunos tienen importantes usos médicos.

·         Alivian necesidades humanas .

DESVENTAJAS

·         Podrían producir contaminación electromagnética al aire.

·         Contaminación de los alimentos por calentamiento en horno microondas.

BIBLIOGRAFIA

Delgado Sergio, Acelerador de partículas, 2008. Recuperado el 3 de noviembre 2011.

http://www.articulandia.com/premium/article.php/09-07-2008Que-es-un-acelerador-de-particulas.htm

Del Rio, Daniel Angel, Acelerador de Partículas, 2011. Recuperado el 31 de octubre del 2011.

            http/www.slideshare.net/o654321/acelerador-de-partículas-8369144

Huerta, David, El unicel y la contaminación por calentamiento de alimentos en hornos microondas. Recuperado el 5 de noviembre del 2011.

http://davidhuerta.typepad.com/blog/2011/04/qu%C3%A9-es-el-unicel-el-unicel-es-un-material-pl%C3%A1stico-celular-y-r%C3%ADgido-fabricado-a-partir-del-moldeo-de-perlas-preexpand.html

Shui, Feng, Contaminación electromagnética, sin fecha. Recuperado el 5 de noviembre del 2011.

            http://www.fengshui-chile.cl/contaminacion.html

Acelerador de Particulas

Las partículas cargadas que describen trayectorias curva están aceleradas y emiten radiación, los rayos emitidos en la dirección y sentido del movimiento. Un ejemplo es el LHC que es en un futuro el acelerador del CERN utiliza un túnel de 26 km de circunferencia y su procesador el LEP emplea protones en lugar de electrones para llegar a la energía de 7 TeV

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Conclusiones

Conclusiones

La materia se encuentra dividida en partículas subatómicas con movimientos de giro o spin y fuerzas diferentes entre sí, los cuales determinan a su vez el nivel de interacción entre las partículas.

La composición de la materia en partículas en subunidades, se desarrolla a partir de 1930 con el descubrimiento del fermión y el bosón, gracias a los cuales según las características descubiertas, se logra un mejor entendimiento del comportamiento de la materia y sus interrelaciones en estados de alta energía y velocidad, similares a los acaecidos durante la creación del universo. 

Según la fuerza de interacción de partículas, así será su clasificación en débil o fuerte; alta o baja, como la energía que cada una de ellas dentro de un colisionador nuclear, es lo que permite obtener la imagen de emisión de energía para su posterior estudio.

La simulación del comportamiento de las partículas fundamentales de la materia y su descomposición en subpartículas, se realiza bajo la experimentación de aceleradores de partículas, los cuales tiene como finalidad según su denominación, en estudiar el comportamiento de los hadrones en estados de gran velocidad cercano al 99% de la velocidad de la luz, cuya emisión de energía es perceptible durante un instante de tiempo muy corto, pero lo suficiente para poder visualizar y estudiar el comportamiento de estas partículas.

Los usos que se le otorgan a los datos arrojados en los aceleradores de partículas, van desde el campo de la medicina hasta la energía nuclear, como el entendimiento del comportamiento de la materia en un inicio de la creación del cosmos, bajo condiciones controladas en la Tierra.

La fabricación de los aceleradores, es bajo alianzas de varios países, organizaciones y con colaboración de científicos e ingenieros de diversas áreas, lo que se fomenta las acciones multidisciplinarias en la ciencia, el acceso a países que no disponen de infraestructura adecuada y la aportación de nuevas ideas en el acercamiento hacia la compresión de las partículas fundamentales.

La función de cada tipo acelerador es determinar el comportamiento de las partículas subatómicas, por lo que la dimensión de los mismos es variable e inestable, sin embargo, todos estos dispositivos, simulan la emisión de rayos cósmicos en la superficie terrestres, tal como ocurriría en el espacio interplanetario.

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Bibliografía Consultada

·       Halliday, D.; Resnick, R., Krane,K.  (2001). Física volumen 1. New York, Estados Unidos: John Wiley & Sons.

·        Tipler, P.,  Gene M. (2004). Física para las Ciencias e Ingeniería:  Mecánica, oscilaciones y ondas, Termodinámica. Barcelona, España: Reverté.

· Serway,Raymond.( 2002 ). Física; Incluye Física Moderna. Segunda Edición. Monterrey.México,

Fuentes de consulta.

Cid Vidal, X. (2010) Aceleradores de partículas.  Recuperado  el 03 de noviembre del 2011, del sitio: http://www.lhc-closer.es/php/index.php?i=2&s=3&p=2&e=0

Delgado Sergio (2008), Acelerador de partículas. Recuperado el 3 de noviembre 2011, del sitio: http://www.articulandia.com/premium/article.php/09-07-2008Que-es-un-acelerador-de-particulas.htm

Del Rio, Daniel Angel (2011).  Acelerador de Partículas. Recuperado el 31 de octubre, del sitio:             http/www.slideshare.net/o654321/acelerador-de-partículas-8369144

Física de partículas.  Recuperado el 01 de noviembre del 2011, del sitio: http://enciclopedia.us.es/index.php/F%C3% Física _de_particulas.

Partículas elementales. Recuperado el 31 de octubre del 2011, del sitio: http://www.portalplanetasedna.com.ar/el_atomo1.htm  Introducción al Átomo.

Wikipedia( 2009). Aceleradores de partículas circulares. Recuperado  el 25 de octubre del 2011, del sitio: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Citar&page= partículas id=30154880 

Wikipedia (2011).ALBA. . Recuperado  el 25 de octubre del 2011, del sitio: http://es.wikipedia.org/wiki/ALBA_(sincrotr%C3%B3n)

Wikipedia. (2011). Ciclotrón. . Recuperado  el 01 de noviembre del 2011, del sitio:   http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclotr%C3%B3n

Wikipedia. Partícula elemental. Recuperado el 01 de noviembre del 2011, del sitio: http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_elemental

Wikipedia. (2011). Tevatrón. . Recuperado  el 2 de noviembre del 2011, del sitio: http://es.wikipedia.org/wiki/Tevatr%C3%B3n

Aceleradores de Altas Energías-Elaborado por Hazel Grabiela Alfaro.

3. -Aceleradores de Altas Energías

            3.1 –Definición:

Un acelerador de partículas es un dispositivo que utiliza campos electromagnéticos para acelerar partículas cargadas hasta altas velocidades, y así, colisionarlas con otras partículas. De esta manera, se generan multitud de nuevas partículas que -generalmente- son muy inestables y duran menos de un segundo, o bien, permite estudiar más a fondo las partículas que fueron colisionadas por medio de las que fueron generadas. Hay dos tipos básicos de aceleradores de partículas: los lineales y los circulares. (Wikipedia, 2009)

            3.2 – Funcionamiento

 Aceleraciones Lineales

Los aceleradores lineales (muchas veces se usa el acrónimo en inglés linac) 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 una placa, 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 cada placa un potencial alterno cuidadosamente controlado de forma que se repita de forma continua el proceso para cada haz.

Acelerador lineal de partículas en el Argonne National Laboratory.

A medida que las partículas se acercan a la velocidad de la luz, la velocidad de inversión de los campos eléctricos se hace tan alta que deben operar a frecuencias de microondas, y por eso, en muy altas energías, se utilizan cavidades resonantes de frecuencias de radio en lugar de placas.

Los tipos de aceleradores de corriente continua capaces de acelerar a las partículas hasta velocidades suficientemente altas como para causar reacciones nucleares son los generadores Cockcroft-Walton o los multiplicadores de potencial, que convierten una corriente alterna a continua de alto voltaje, o bien generadores Van de Graaf que utilizan electricidad estática transportada mediante cintas.

Estos aceleradores se usan en muchas ocasiones como primera etapa antes de introducir las partículas en los aceleradores circulares.

-            Aceleradores  Circulares

Un acelerador de partículas circular es un tipo de acelerador de partículas en el que éstas viajan múltiples veces a lo largo de un circuito de forma circular. Existen dos variantes de aceleradores circulares: los ciclotrones, que constituyen el primer modelo de acelerador construido, y los más modernos sincrotrones, en los cuales se alcanzan energías en el rango de los TeV - inaccesibles a los aceleradores lineales.(Wikipedia, 2011)

Los ciclotrones utilizan la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes ya que estos presentaban grandes dificultades experimentales asociados a los campos eléctricos intensos. 

El sincrotrón

Es un acelerador de partículas que acelera partículas cargadas inicialmente en un recipiente toroidal.

A diferencia de un ciclotrón que usa un campo magnético constante (que hace que las partículas giren) y un campo eléctrico constante (para acelerar las partículas), y de un sincrociclotrón, el cual varía uno de los dos campos, en el sincrotrón ambos campos se hacen variar para mantener el camino de las partículas de forma constante, o sea, el radio no varía demasiado. La velocidad máxima a la que las partículas se pueden acelerar está dada por el punto en que la radiación sincrotrón  emitida es igual a la energía inyectada.

 3. 3  -Ejemplos:

-          El acelerador lineal más largo del mundo es el colisionador electrón-positrón Stanford Linear Accelerator (SLAC), de 3 km de longitud.

-          Entre los sincrotrones más grandes, está el Bevatron, actualmente en desuso, construido en 1950 en el Lawrence Berkeley National Laboratory (California, EE.UU.)

-          ALBA es un sincrotrón que está emplazado en Barcelona (España), en el campus de la Universidad Autónoma de Barcelona en Sardañola del Vallés.

-          Calutrón es un ciclotrón ubicado en Oak Ridge National Laboratory. (Wikipedia,2011)

-          Tevatrón es el nombre que recibe el acelerador de partículas circular del Fermilab ubicado en Batavia, Illinois (Estados Unidos). Es un sincrotrón que acelera protones y antiprotones en un anillo de 6.3 km de circunferencia hasta energías de casi 1 TeV, de donde proviene su nombre

-             3.4   - Ventajas:

-          Aceleradores lineales

-          Ese estudio de partículas, tanto inestables como estables, puede ser en un futuro útil para el desarrollo de la medicina, la exploración espacial, tecnología electrónica.

-          Estos aceleradores son los que se usan en radioterapia y radiocirugía. Utilizan válvulas klistrón y una determinada configuración de campos magnéticos, produciendo haces de electrones de una energía de 6 a 30 millones de electronvoltios (MeV). En ciertas técnicas se utilizan directamente esos electrones, mientras que en otras se les hace colisionar contra un blanco de número atómico alto para producir haces de rayos X. La seguridad y fiabilidad de estos aparatos está haciendo retroceder a las antiguas unidades de cobaltoterapia.(Wikipedia,2011)

-          Dos aplicaciones tecnológicas de importancia en las que se usan este tipo de aceleradores son la espalación para la generación de neutrones aplicables a los amplificadores de potencia para la transmutación de los isótopos radiactivos más peligrosos generados en la fisión.

-           

-          Acelerador circular

-          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 más reducidos. Además las partículas pueden permanecer confinadas en determinadas configuraciones teóricamente de forma indefinida.

-          La ventaja sobre los lineales es que de esa forma podemos mantener una continua aceleración, dado que las partículas pueden circular todo el tiempo que se necesite.(Cid Vidal, X 2010)

-           Otra ventaja es que son relativamente más pequeños que los aceleradores lineales de potencia semejante(Cid Vidal, X 2010)

-           

-                      3.5 – Desventajas.

-          Acelerador circular

-          Posee  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 la partícula. 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. Y con ello todas las desventajas que conlleva esta emisión de radiación.

Aceleradores de Mayores energías Elaborado por Magda Achio

Aceleradores de Mayores energías

Cómo trabajan los aceleradores?

Básicamente, un acelerador toma una partícula, le incrementa la velocidad mediante campos electromagnéticos, y la hace impactar contra un blanco. Alrededor del blanco hay detectores que registran numerosos sectores del evento. .

Los físicos obtienen electrones calentando metales, protones robándole su electrón al hidrógeno, etc.

Los aceleradores aceleran las partículas cargadas, mediante grandes campos eléctricos que atraen o repelen las partículas. Este campo es luego desplazado hacia la salida del acelerador, "empujando" las partículas a lo largo de él.

En un experimento de blanco fijo una partícula cargada, por ejemplo un electrón o un protón, es acelerada por un campo eléctrico y colisiona contra un blanco, que puede ser un sólido, líquido, o gas. Un detector determina la carga, ímpetu, masa, etc. de las partículas emergentes.

 LHC- Generador de Hadrones

Según el Diario, LA Tercera, La Organización Europea  para la Investigación Nuclear Debatieron en conjunto a mas de 30 países y 350 científicos sobre la próxima generación  de aceleradores de Partículas que se construye sobre el generador de Hadrones (LHC)  ubicado en el Laboratorio de Física de Partículas, en Ginebra (Suiza). Los Hadrones  tienen estructuras complejas, por lo que no se les puede llamar  partículas elementales e indicarlas como partículas puntuales. Los Hadrones se considera  que esta constituidos  por  dos o tres partículas  o entidades fundamentales llamados quarks.

Es una estructura subterránea que tiene una circunferencia  de 27 kilómetros construida a una profundidad de entre 50 a 120 metros.

Se construirán en forma Lineal a diferencia de los anteriores, que tienen forma Circular.

Se pretende construir en el periodo 2011- 2014 participaran 1600 investigadores y 300 laboratorios del mundo.

El choque de partículas en uno de los ejemplos de Altas Energías o energías Mayores, es el Gran Colisionador de Hadrones estudiado por la Organización Europea para la Investigación Nuclear. ( CERN, siglas en Francés).

4.2 ¿Que Busca Resolver? ¿Que  pretende? 

Estos aceleradores  confirman la Teoría de la gran Unificación  y la creación de agujeros negros, que confirma la teoría de súper cuerdas, (Anexo  # 2).Esta teoría considera los quarks, las partículas que integran los átomos, son cuerdas vibratorias infinitesimales.

 Existen otros proyectos que alcanzan loa nuevos aceleradores como el súper colisionador  superconductor ( SSC en ingles)  es un proyecto  de  un sincrotrón de 87 km de longitud en Texas, cancelado en 1993.

Su fin es conocer los detalles de la formación del cosmos, momento conocido como Big Bang. Estos Aceleradores de partículas, donde se colisionan partículas subatómicas entres si, para estudiar los componentes de la materia y responder cuestiones fundamentales de Física. Los científicos esperan entender fenómenos como la materia Oscura, la antimateria y la Formación del Universo hace millones de años.
Acelerador Lineal o circular: Ventajas y Desventajas:

La  ventaja de un acelerador circular sobre un acelerador lineal es que en un acelerador circular (sincrotrón) las partículas dan muchas vueltas, y reciben múltiples impulsos de energía en cada 

vuelta 

Los sincrotrones pueden proporcionar partículas de muy alta energía sin necesidad de tener  grandes dimensiones y  producen muchos choques. Una desventaja es la perdida de radiación

Por otro lado, los aceleradores lineales son mucho más fáciles de construir que los aceleradores circulares, porque no necesitan los grandes imanes requeridos para forzar a las partículas a moverse en un círculo.

Además los aceleradores circulares necesitan tener un radio enorme para elevar la energías de las partículas a valores suficientemente altos, de modo que son costosos de construir

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Parte I Elaborado por Sonia Alfaro

ACELERADORES DE BAJA ENERGÍA

INTRODUCCIÓN

Qué es un acelerador de partículas. Dispositivos que utilizan campos electromagnéticos para acelerar partículas cargadas hasta altas velocidades y hacerlas colisionar con otras partículas.

Están basados en un principio simple: la alternancia de campos magnéticos y campos eléctricos aceleran una partícula y en cada vuelta su velocidad aumenta proporcionalmente a la capacidad de los electroimanes que dispongamos en el recorrido.  La parte interna del tubo debe estar completamente al vacio, para evitar choques de las partículas aceleradas y materia presente, lo cual provocaría pérdidas de eficacia en la trayectoria. Se logran velocidades próximas a la luz. (Del rio, 2011)

 ACELERADOR DE BAJA ENERGÍA

Al contrario de la creencia popular, los aceleradores de partículas no son aparatos exclusivos de laboratorios sofisticados, sino que también se encuentran muy presentes en la vida cotidiana de las personas, en forma de aceleradores de bajas energías. Ejemplos, de estos aceleradores, los televisores o monitores de ordenador (los modelos antiguos que utilizaban tubos de rayos catódicos , los cuales pueden considerarse aceleradores lineales de una sola etapa) o los aparatos de rayos X que pueden encontrarse en las clínicas dentales o en los hospitales . Estos aceleradores de bajas energías utilizan un único par de electrodos a los que se les aplica una diferencia de potencial , directamente, de algunos miles de voltios. (Delgado, 2008).

Otros usos de los aceleradores de baja energía son “el tubo fluorescente que se usa para iluminar y el magnetrón que se usa en el microondas”, de hecho hay muchos más usso. Por lo general requieren de poca energía para funcionar. 

Un acelerador de partículas es, básicamente, un tubo de rayos catódicos, incandescente, que desprende electrones y que, a su vez, son acelerados mediante un campo electromagnético para que impacten en una pantalla. Cada impacto de electrón produce un punto en la pantalla y el conjunto de impactos configura la imagen que vemos. La diferencia con un acelerador de partículas, por ejemplo el llamado LEP (Large Electron-Positron Collider), ubicado en las instalaciones del CERN (Centre Européen pour la Recherche Nucléaire), es que la energía inducida a ese electrón es cien millones de veces mayor que la de la televisión.

Ánodo y Cátodo

Consta, esencialmente, de una fuente productora de las partículas y de un dispositivo acelerador basado en el principio de que, cuando una carga eléctrica que se somete a una diferencia de potencial V, adquiere una energía cinética E= q.V. Los aceleradores electrostáticos son los más sencillos, como el generador de Van der Graaf y el acelerador Cockcroft-Walton.