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Jose Luis Alcaraz

BREVE HISTORIA DE LOS ACELERADORES

Charla divulgativa. Curso 2ºBach.

Instituto Emperador Carles. Barcelona

Contenido Breve introducción histórica. Tipos de aceleradores (más conocidos):

Ciclotrón. Funcionamiento. Aplicaciones: medicina.

Sincrotrón. Funcionamiento. Luz de sincrotrón. Sincrotrón de Barcelona. Aplicaciones: CERN.

Aceleradores lineales. Funcionamiento. Aplicaciones.

El CERN

Breve introducción histórica: Como surgen los aceleradores

Físicos estudiaban partículas extrañas que provenían de los rayos cósmicos.

Conocer las energías con mejor precisión.

Ciclotrón Funcionamiento:

Aceleración de las partículas mediante una diferencia de potencial oscilante y un campo magnético constante.

Animación.(1)

Primer Ciclotrón: E. O. Lawrence en 1929.

Protones a E = 80 KeV. (Energía muy pequeña!!)

Ciclotrón construido por Lawrence y Livingston. (Fotografía de 1952)

Ciclotrón

Sección longitudinal del ciclotrón de VANCOUVER (Alemania).

Protones a Emax= 600 MeV

Aplicación de Sincrotrón: MEDICINA Generan radioisótopos artificiales que permiten el diagnostico

de tumores cancerígenos. (Uso de tomografía por emisión de positrones).(2)

Permite el análisis de flujo sanguíneo, metabolismo de proteínas y glucosa, transporte de aminoácidos y estado de neurorreceptores.

Ciclotrón .

Sincrotrón Mayor aumento en la energía

Utiliza un campo B variable para mantener en una órbita fija a la partículas.

I

x B

B

FL

Fc

Sincrotrón LBN

Sincrotrón (1954) Laboratorio Nacional de Brookhaven en Nueva York.Emax = 3 GeV

Luz de Sincrotrón: Sincrotrón de Barcelona Toda carga que es acelerada emite luz. A mayor aceleración, mayor pérdida por luz.

Barcelona está instalando un sincrotrón en Cerdanyola del Vallés (cerca de la UAB) en el 2008.

•Perímetro = 250 m

•Rayos X de hasta 30 KeV.

•Emax(e) = 2.5GeV

Aceleradores lineales

Evita la pérdida de energía sincrotrón.

Muy útil para acelerar e-. Sólo tiene cavidades

aceleradoras (campo E). E(e)=20 GeV en SLAC

(Stanford lineal accelarator center 1966).

Aplicación : ¡El TV es un acelerador lineal!

Generador de electrones

Focalización y aceleración: 20 KeV

Inciden en la pantalla generando luz, que es la imagen que nosotros vemos..

Está al vacío

Qué es el CERN y qué se hace?

CERN:Centro Europeo de Investigación Nuclear

Se creó en 1954 Perímetro de 27 Km y profundidad de 140 m. Participan más de 20 países. Energías de 14 billón de eV ( 14 TeV) Estudio de las partículas más fundamentales de la

naturaleza mediante colisiones.

Detector del Sincrotón(CERN)

Sección trasversal de uno de los detectores del acelerador del CERN.

Vista trasversal de la estructura metálica exterior de uno de los detectores del CERN

Solenoide Superconductor (CERN)

-Periodo de giro en LEP: 11000 veces por segundo.

Colisión Materia-Antimateria

Las colisiones nos permiten indagar en lo más profundo de la materia.

Estudiar desde lo más pequeño hasta lo mas grande

joalau@alumni.uv.es

Animación

B

(1) (2)

Velocidades limitadas

V = ½ c ; (donde c = 300000Km/s) M = 2Mo = 14,1kg

v = 10 m/s ; Mo = 10Kg;

¿podríamos entonces acelerar una partícula hasta la velocidad de la luz?

Limitación en la velocidad de una partícula.Teoría de la relatividad especial.(limitación para todos los aceleradores.)

Vemos los objetos cuyo tamaño es del mismo (o alrededor del) orden de magnitud que la longitud de onda del espectro del visible.

LOS MICROSCOPIOS. Ópticos. Son microscopios de lentes que permiten amplificar un

cierto tamaño, el objeto de estudio. La longitud de onda de los fotones debe ser cercana al tamaño del objeto que se está visualizando.

Electrónicos. Cuando el objeto de estudio es, en tamaño, varios ordenes de maginitud menor que la longitud de onda del visible, se utilizan electrones, que acelerados 200 KeV (mayor Ec -> p mayor -> Lambda de De Broglie mas pequeña ), adquieren una longitud de onda similar a la del objteto estudiado. Usando pantallas, se puede monitorizar cual ha sido el objeto.En este caso nuestro ojo es la pantalla.

Tanto el óptico como el electronico utilizan la misma tecnica, el scattering de particulas de lamba similar al tamaño del objeto, y como producto de ese escattering visualizamos el objeto.

Microscopio óptico.Son microscopios de lentes que permiten amplificar un cierto tamaño, el objeto de estudio. La longitud de onda de los fotones debe ser cercana al tamaño del objeto que se está visualizando.

Microscopio electrónico.Cuando el objeto de estudio es, en tamaño, varios ordenes de maginitud menor que la longitud de onda del visible, se utilizan electrones, que acelerados 200 KeV (mayor Ec -> p mayor -> Lambda de De Broglie mas pequeña ), adquieren una longitud de onda similar a la del objteto estudiado. Usando pantallas, se puede monitorizar cual ha sido el objeto.En este caso nuestro ojo es la pantalla.

Aceleradores.Aceleran las particulas a millones de MeV y las hacen impactar sobre blancos.Así consiguen ver el interior de las partículas.

Cómo podemos ver lo más pequeño

Acelerador lineal:microscopio electrónico

Permite visualizar el interior de las celulas. Que con microscopios ópticos sería imposible.

200 KeV