( Una foto del acelerador)
Los aceleradores de partículas son instrumentos que utilizan
campos electromagnéticos para acelerar las
partículas cargadas eléctricamente hasta alcanzar velocidades (y por tanto
energías) muy altas, pudiendo ser cercanas a la
de la luz. Además, estos instrumentos son capaces de contener estas partículas. Un acelerador puede ser, desde un
tubo de rayos catódicos ordinario, de los que forman parte de los
televisores domésticos comunes o los
monitores de los
ordenadores, hasta grandes instrumentos que permiten explorar el mundo de lo infinitamente pequeño, en búsqueda de los elementos fundamentales de la materia.
Existen dos tipos básicos de aceleradores: por un lado los lineales y por otro los circulares. En este artículo se describirán los tipos más comunes de aceleradores de partículas.
Aceleradores de bajas energías [
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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 muy sencillos de estos aceleradores, de
electrones principalmente, son los
televisores o monitores de ordenador (los modelos antiguos que utilizan
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. En un aparato de rayos X se calienta un
filamento metálico que se encuentra entre ambos electrodos mediante el paso de una
corriente eléctrica, emitiendo de este modo electrones. Esos electrones son acelerados en el campo eléctrico generado entre ambos electrodos hasta alcanzar el electrodo que se utiliza como productor de rayos X, fabricado con un metal de alto
Z (por ejemplo el
tungsteno). También se utilizan aceleradores de partículas de bajas energías, llamados
implantadores de iones, para la fabricación de
circuitos integrados.
Aceleradores de altas energíasAceleradores 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.
Aceleradores circulares
Artículo principal:
Acelerador de partículas circularEstos 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.
Sin embargo poseen 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.