Sincrotrón

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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 sincrotón emitida es igual a la energía inyectada.

En el ciclotrón isócrono, se construye un imán tal que el campo magnético es más fuerte cuando está más próximo a la circunferencia que en el centro de la misma, de esta manera se genera un aumento total y se mantiene la revolución a una frecuencia constante. En este dispositivo, un anillo de imanes rodea un tanque en forma de anillo de vacío. El campo magnético se incrementa con las velocidades del protón, las partículas se deben inyectar en un sincrotrón de otro acelerador.

Desarrollo

El primer sincrotrón de protón fue el cosmotrón usado en el Laboratorio nacional Brookhaven (Nueva York), y comenzó a operar en 1952, logrando una energía de 3 GeV. Otro que le siguió fue el sincrotrón 500-GeV del laboratorio estadounidense Fermi National Accelerator en Batavia, Illinois, construido para ser el acelerador de más alcance del mundo a inicios de los años 70; su anillo delinea una circunferencia de aproximadamente 6 kilómetros. Esta máquina fue actualizada en 1983 para acelerar protones y contar antiprotones que se propagan a velocidades tan enormes que los impactos que sobrevienen entregan energías de hasta 2 trillones de electronvoltios (TeV), por ello el anillo se ha duplicado en el Tevatron.

El Tevatron es un ejemplo de una máquina que sería capaz de producir choques de rayos, y que es realmente un acelerador doble que se sobrealimenta de la separación de 2 rayos, luego de que estos chocan de frente o en un determinado ángulo de incidencia. Según efectos relativistas, producir las mismas reacciones con un acelerador convencional requeriría un solo rayo que al golpear un blanco inmóvil produciría mucho más de dos veces la energía liberada por cualquiera de los rayos que chocan.

Aceleradores de mayor alcance de velocidad son construidos ampliando el radio y usando compartimientos más numerosos y con gran alcance de microondas para acelerar la radiación de la partícula en los puntos tangenciales. Las partículas más ligeras (tales como electrones) pierden una fracción más grande de su energía al dar vuelta, ya que se mueven mucho más rápidamente que un protón de la misma energía, así que los sincrotrones de la alta energía aceleran partículas más grandes; protones o núcleos atómicos. Por ello se dice que el sincrotrón se puede utilizar para acelerar electrones pero es ineficaz. Una máquina circular que acelera electrones es el betatrón, inventado por Donald Kerst en 1939. Los electrones se inyectan en un compartimiento en forma de anillo de vacío que debe estar rodeado de un campo magnético. El campo magnético se aumenta constantemente, de tal forma que induce un campo eléctrico tangencial que acelerará a los electrones.

Sincrotrones actuales

Entre los sincrotrones más grandes, está el Bevatron, actualmente en desuso, construido en 1950 en el Lawrence Berkeley National Laboratory (California, EE.UU.) y que fue utilizado para establecer la existencia del antiprotón. El nombre de este acelerador de protones proviene de su energía, que está en la gama de 6.3 GeV (entonces llamado BeV por su mil millones de electronvoltios; un gran número de elementos pesados, no vistos en el mundo natural, fueron generados con esta máquina).

Al parecer el elevado coste es el factor limitador en fabricar aceleradores de partículas pesadas. El CERN, en Europa está desarrollando actualmente aceleradores un poco menos ambiciosos que avanzarán perceptiblemente en la forma de manejo de energía. Mientras hay potencial para todo tipo de aceleradores cíclicos de partículas pesadas, parece ser que la siguiente etapa demanda intensificar la energía de aceleración del electrón por la necesidad de evitar las pérdidas debido a la radiación sincrotrón. Esto motivará una vuelta al acelerador lineal, pero cuyos dispositivos serán notoriamente más largos que los actualmente en uso. Sin embargo la radiación sincrotrón es usada por muchos científicos y para ellos la producción de la radiación sincrotrón es el único propósito del mismo. La radiación sincrotrón es útil para una amplia gama de usos y muchos sincrotrones se han construido especialmente para producir su luz. SPring-8 en Japón es uno de ellos: su capacidad de alcance es la mayor en el mundo en lo que se refiere a aceleración del electrón (en fecha 2005) y es de 8 GeV.

Enlaces externos

Laboratorio de luz de sincrotron ubicado en España CELLS