¿Qué es un acelerador lineal?
Un acelerador lineal es un dispositivo que acelera la materia a una alta velocidad al moverla por una ruta lineal con campos electromagnéticos. El término se usa más comúnmente para referirse a un acelerador de partículas lineales, o Linac, que acelera átomos o partículas subatómicas. El "acelerador lineal" también puede referirse a dispositivos que usan electromagnetismo para impulsar objetos más grandes, como arañas bobinas y cañones de ferrocarril. Los aceleradores de partículas lineales se usan comúnmente en medicina, industria y experimentos científicos, y los aceleradores electromagnéticos para objetos más grandes pueden tener aplicaciones futuras para fines como viajes espaciales y armas.
Un acelerador de partículas lineal dispara partículas cargadas magnéticamente. Estos pueden ser átomos cargados enteros, llamados iones o partículas subatómicas como protones y electrones. Primero, la partícula a acelerar es generada por un dispositivo electromagnético como un cátodo o fuente de iones y liberado en una cámara de vacío en forma de tubería llena de electrodos. Los electrodosLuego se energizan para crear campos magnéticos oscilantes que imparten energía a la partícula y la aceleran por el tubo hacia el objetivo del dispositivo. La disposición precisa de los electrodos dentro del tubo, la potencia y la frecuencia de la energía enviada a los electrodos, y el tamaño de los electrodos varía según las partículas aceleradas y el propósito del dispositivo.
Un ejemplo simple y muy común es el tubo de rayos catódicos, comúnmente utilizado en televisores, monitores y otras tecnologías de visualización. El tubo de rayos de cátodo impulsa electrones por el tubo hasta que golpean un objetivo sólido en el extremo del tubo hecho de materiales luminiscentes llamados fósforos, que generalmente son compuestos de sulfuro metálico. Esto hace que parte de la energía de los electrones se libere como una emisión de energía electromagnética en las longitudes de onda que el ojo humano detecta como luz visible. Máquinas de rayos XUtilizado en medicina y investigación biológica sigue un principio similar, disparando corrientes de electrones en cobre, molibdeno o tungsteno para producir emisiones de rayos X que se pueden usar para obtener imágenes o, con dispositivos más potentes, radioterapia.
Los aceleradores de partículas lineales también se utilizan en la investigación científica. Los dispositivos pequeños se usan con frecuencia para obtener imágenes en investigación biológica y arqueológica. Los aceleradores lineales utilizados para la investigación varían mucho en tamaño y pueden alcanzar dimensiones verdaderamente colosales debido a los niveles de energía extremadamente altos necesarios para producir algunos de los fenómenos estudiados en la física moderna. El acelerador de partículas lineal más grande en la Tierra, ubicado en el Laboratorio Nacional de Acelerador Nacional SLAC (Stanford Linear Acelerator Center) en Menlo Park, California, tiene dos millas de largo.
También se utilizan en algunos procesos industriales. Algunos chips de silicio utilizados en la electrónica moderna se fabrican en un proceso que incorpora aceleradores que impulsan átomos cargados enteros en lugar de SUBpartículas atómicas, permitiendo una colocación muy precisa de átomos durante la producción. Los aceleradores también se pueden usar para implantar iones en la superficie de materiales como el acero, alterando la estructura del material para que sea más resistente a las grietas de corrosión química.
El término "acelerador lineal" también se usa a veces para dispositivos que impulsan objetos más grandes de manera similar, utilizando electromagnetismo para acelerar un proyectil a lo largo de una ruta recta. Estos funcionan ejecutando electricidad a través de una bobina de metal envuelta alrededor del barril del dispositivo, un diseño llamado bobina, controlador de masas o pistola Gauss, o a través de un par de rieles de metal colocados entre sí, llamado ferrocarril. Un objeto hecho de un material ferromagnético, como el hierro, puede acelerarse por el barril del dispositivo con los campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas adecuadamente cronometradas. Se han propuesto arañas bobinas como una posible forma de lanzar cargas desde la superficie de la Tierra hacia el espacio exterior, y ambos bobinasS y ferrocarriles están siendo investigados como posibles armas.