¿Qué es un ciclotrón?
Un ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas que utiliza un campo magnético constante y campos eléctricos alternos para acelerar una partícula en un movimiento espiral. Estos tipos de aceleradores de partículas estaban entre los primeros ideados y tienen varias ventajas sobre los aceleradores lineales tempranos, como los requisitos de tamaño más pequeños. Si bien los avances en la tecnología han hecho posibles tipos más complejos de aceleradores de partículas, todavía hay algunos usos para los ciclotrones en varios campos diferentes. Todavía se puede usar un ciclotrón en la experimentación física, especialmente como una parte temprana de un acelerador de etapas múltiples.
desarrollado en 1932, un ciclotrón es un acelerador de partículas que utiliza movimiento circular, típicamente en una espiral de crecimiento externo, para acelerar las partículas para un número de diferentes usos. La aceleración de partículas generalmente requiere una distancia bastante grande para permitir que las partículas lleguen a una velocidad suficiente para su uso en experimentos. Sin embargo, el diseño de un ciclotrón permite aceleradores más pequeñospara ser utilizado con gran efecto, ya que la partícula se mueve en un movimiento circular y viaja una gran distancia sin requerir un corredor recto largo para el paso.
Un ciclotrón básicamente funciona utilizando un par de electrodos de alta potencia, cada uno con forma como una "D" con los lados planos entre sí, para crear una forma circular completa. Comenzando en el centro del círculo, una partícula comienza a alejarse del centro, pero al usar la atracción y la repulsión, en cambio se lleva a un movimiento circular. Los diodos alternan la carga entre ellos, por lo que la partícula se acelera hacia una, luego se curva a medida que se aleja por esa y se atrae hacia la otra, luego continúa el patrón entre los dos electrodos. Esto crearía un movimiento circular perfecto si se deja solo, pero se crea un campo magnético entre los dos diodos, que es perpendicular al movimiento circular de la partícula.
Este campo magnético cambia ligeramente el movimiento de la partícula, por lo que cada vez que pasa entre los dos electrodos se mueve un poco lejos del centro del círculo. Al mover la partícula ligeramente hacia afuera, el camino que toma durante la aceleración se convierte en una espiral de crecimiento hacia afuera en lugar de un círculo. Esto permite que la partícula eventualmente golpeara un área objetivo en el interior de la unidad de contención, donde luego se puede redirigir para estudiar o usar más.
Uno de los principales inconvenientes de un ciclotrón es que el área objetivo solo se puede usar para una partícula que viaja a velocidades que se pueden calcular adecuadamente utilizando la física newtoniana. Las velocidades más altas causarían que ocurran efectos relativistas, y el objetivo no se alcanzaría correctamente, lo que significa que un ciclotrón no puede producir típicamente los niveles de aceleración que los aceleradores lineales más nuevos pueden. Sin embargo, se han desarrollado ciclotrones isócronos que pueden compensar los cambios relativistas en la partícula, y puede ser bastante EFEctive.