BREVE HISTORIA DE LOS ACELERADORES Con esta charla espero daros unas nociones básicas sobre aceleradores, entender que son los aceleradores y para que funcionan y que funciones desempeñan en nuestra vida cotidiana. Charla divulgativa. Curso 2ºBach. Instituto Emperador Carles. Barcelona Jose Luis Alcaraz

Contenido Breve introducción histórica. Tipos de aceleradores (más conocidos): Ciclotrón. Funcionamiento. Aplicaciones: medicina. Sincrotrón. Luz de sincrotrón. Sincrotrón de Barcelona. Aplicaciones: CERN. Aceleradores lineales. 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. La idea de acelerador surge a mediados de los años 30, cuando se estudiaban las partículas extrañas producidas en los rayos cósmicos.Estos Rayos cósmicos no son más que partículas que vienen del espacio con gran energía que se desintegran generando otras partículas. Si se quería mejorar en gran medida la precisión en el estudio de estas partículas, era necesario tener el control de las energías, de esta forma se comenzó a hablar de acelerdores de partículas.

Ciclotrón Funcionamiento: Primer Ciclotrón: Protones a E = 80 KeV. 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!!) Limitacion de la energía: Cuando aplicamos una alceleración a la partícula,su velocidad va aumentando; según la teoría de la relatividad, la “masa” (aunque en realidad la masa es un invariante, lo que aumenta el p) de un cuerpo aumenta cuando su velocidad aumenta.De esta forma, un cuerpo más pesado necesita mayor fuerza para ser acelerado. Según esta teoría, para que un cuerpo alcanzase la velocidad de la luz, debería aplicarse sobre el una fuera infinita, ya que su masa sería infinita. 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 I Mayor aumento en la energía Utiliza un campo B variable para mantener en una órbita fija a la partículas. 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 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 Toda carga que es acelerada emite luz. A mayor aceleración, mayor pérdida por luz.

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! Está al vacío Generador de electrones Focalización y aceleración: 20 KeV Inciden en la pantalla generando luz, que es la imagen que nosotros vemos..

Qué es el CERN y qué se hace? El cern es el mayor acelerador de partículas del mundo, se encuentra en la frontera franco-suiza.

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. Mide 27 km de diametro, comenzaron a contruirse los primeros aceleradores en el cern, sobre los cincuenta, en él partipan más de 20 paises, con cientificos de hasta más de cien naionalidades. Se encuentra a una profundidad de 250. Con el nuevo proyecto puesto en marcha para el 2008 se pretende llegar a alcanzar una energía de 14 TeV con protones, en centro de masas claro. Es tal la energía que consume, que sólo se toman medidas en verano, pues en invierno, sería tal la energía que absorvería que dejaría sin suministro electrico a toda la población .

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. Estas son los diferentes objetos que usamos para poder ver los objetos que se encuentran a distintas distancias. Como podeis ver, con el ojo humano podemos ver solo aquello que es de nuestro tamaño, incluso varios ordenes de magnitud menor, pero si nos alejamos a distancias astronomicas, necesitamos de telescopios ópticos para poder apreciar, por ejemplo, los panetas. Si queremos adentrarnos en lo mas profundo del universo y ver otras galaxias, hemos de recurrir, ya no a instrumentos opticos, que solo amplifican la imagen, sino a instrumentos que utilizan otra frecuencia del espectro electromagnetico, como es el caso de los radiotelescopios. Si lo que queremos ver son cosas mas pequeñas, como son celulas, hemos de recurrir a microscopios ópticos. Que como ya he comentado ,se trata de un conjunto de lentes que amplifican la imagen. Si lo que queremos ver es la estrucctura interna de la celula, como puede ser su adn, tenemos que recurrir, como antes, a otras energías, en este caso los microscopios electronicos, que son aceleradores linerales de electrones. Si lo que queremos es adentrarnos en lo mas profundo de la meteria, en los componentes últimos, debemos recurrir a los aceleradores.Como los que he explicado con anterioridad. También , el estudio de lo mas fundamental, nos permite conocer cuales son las estruccturas de lo mas grande, como son las estrellas, así como conocer cuales fueron los orígenes de nuestro universo.

Estudiar desde lo más pequeño hasta lo mas grande Buscar foto de particulas elementales

Gracias por su atención joalau@alumni.uv.es

Animación B (1) (2)

Velocidades limitadas Limitación en la velocidad de una partícula.Teoría de la relatividad especial.(limitación para todos los aceleradores.) v = 10 m/s ; Mo = 10Kg; V = ½ c ; (donde c = 300000Km/s) M = 2Mo = 14,1kg Limitacion de la energía: Cuando aplicamos una alceleración a la partícula,su velocidad va aumentando; según la teoría de la relatividad, la “masa” (aunque en realidad la masa es un invariante, lo que aumenta el p) de un cuerpo aumenta cuando su velocidad aumenta.De esta forma, un cuerpo más pesado necesita mayor fuerza para ser acelerado. Según esta teoría, para que un cuerpo alcanzase la velocidad de la luz, debería aplicarse sobre el una fuera infinita, ya que su masa sería infinita. ¿podríamos entonces acelerar una partícula hasta la velocidad de la luz?

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.

Cómo podemos ver lo más pequeño 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.

Acelerador lineal: microscopio electrónico 200 KeV Permite visualizar el interior de las celulas. Que con microscopios ópticos sería imposible.