ACELERADORES DE PARTICULAS Arnulfo Zepeda, Cinvestav 26 de abril de 2010.

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1 ACELERADORES DE PARTICULAS Arnulfo Zepeda, Cinvestav 26 de abril de 2010

2 ¿QUE SON LOS ACELERADORES? 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. 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.campos electromagnéticos partículascargadas eléctricamente energíascampos electromagnéticos partículascargadas eléctricamente energías A. Zepeda

3 ¿Qué son los aceleradores? Son instrumentos que producen haces de partículas con energías e intensidades específicas que pueden ser usadas en una gran variedad de investigaciones tanto básicas como aplicadas. El diseño, la construcción, el mantenimiento, la operación y el uso de estos tipo de instrumentos requiere la participación de científicos, ingenieros y técnicos provenientes de una gran cantidad de disciplinas. E. O. Lawrence, con una prototipo de su ciclotrón de 1929 (© CORBIS) G. Contreras

4 EJEMPLOS Tubo de rayos catódicos: Tubo de rayos catódicos: como en televisiones y monitores antiguos. A. Zepeda

5 hasta grandes instrumentos que permiten explorar el mundo de lo infinitamente pequeño, en búsqueda de los elementos fundamentales de la materia: A. Zepeda

6 R.López El LHC se diseñó para colisionar haces de protones de hasta 7 X10 12 eV de energía. Su propósito principal es examinar la validez y límites del Modelo Estándar

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8 Método moderno de aceleración Cavidades de radio-frecuencia:

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10 Los aceleradores pueden tener una de las dos formas siguientes: Aceleradores lineales: la partícula arranca en un extremo y sale por el otro. Aceleradores lineales: la partícula arranca en un extremo y sale por el otro. Aceleradores construidos en forma de anillo: la partícula se acelera mientras da vueltas y vueltas y vueltas...

11 Elementos de un acelerador A grandes rasgos un acelerador consta de: ● Elementos a través de los que circulan las partículas.(cámara de vacío) ● Elementos que aceleran las partículas (cavidades de radiofrecuencia) ● Elementos que guían las partículas (dipolos, cuadrupolos,etc.) ● Elementos que miden las partículas (monitores de posición, etc

12 Colisiones de dos tipos Blanco fijo: Disparan una partícula contra un blanco fijo. Blanco fijo: Disparan una partícula contra un blanco fijo. Colisionadores: Dos haces de partículas se hacen colisionar entre sí. Colisionadores: Dos haces de partículas se hacen colisionar entre sí. R.López

13 ¿PARA QUE SIRVEN? Para explorar la estructura atómica y subatómica. Para explorar la estructura atómica y subatómica. Para analizar propiedades de materiales. Para analizar propiedades de materiales. Para tratar tumores. Para tratar tumores. Para realizar análisis químicos y biomédicos. Para realizar análisis químicos y biomédicos. Para llevar a cabo estudios de los efectos de la radiación sobre los seres humanos. Para llevar a cabo estudios de los efectos de la radiación sobre los seres humanos. Para producir energía (energy amplifier). Para producir energía (energy amplifier). Y otras aplicaciones. Y otras aplicaciones. A. Zepeda

14 Lineales pequeños y betatrones: terapia contra el cáncer Ciclotrones para producción de isótopos: marcadores radioactivos para la industria / marcadores bioquímicos para medicina

15 Sincrotrones de protones: terapia hadrónica contra el cáncer Haces de electrones de baja energía: curar capas de pintura, polimerizar plásticos, esterilizar equipo/comida Espectrometría de Emisión de Rayos X Inducida por Electrones de Baja Energía Courtesy of IBA

16 Haces de iones pesados: implantación de átomos en circuitos electrónicos, grabado de circuitos, endurecimiento de metales Baja energía, alta intensidad: reacciones termonucleares autosostenidas, transmutación de desechos radioactivos (R&D actualmente) Altas energías: investigaciones de física fundamental Fuentes de luz: cristalografía de proteínas, litografía de chips, ciencias de materiales, medicina forense, geofísica, … … G. Contreras

17 COMPLEJOS DE ACELERADORES Para alcanzar altas energías se requiere una serie de aceleradores conectados en serie y de tal manera que cada uno recibe el haz de proyectiles y le proporciona un incremento considerable en su energía. Para alcanzar altas energías se requiere una serie de aceleradores conectados en serie y de tal manera que cada uno recibe el haz de proyectiles y le proporciona un incremento considerable en su energía.Ejemplos: Complejo de aceleradores del CERN. Complejo de aceleradores del CERN. Complejo de investigación de aceleradores de protones de Japón (J-PARC).Complejo de investigación de aceleradores de protones de Japón (J-PARC). A. Zepeda

18 Complejo de aceleradores del CERN

19 En LEIR los iones (Pb54+) adquieren 72MeV/u En PS adquieren 5.9GeV/u En SPS (Pb82+), 177GeV/u En LHC, 2.76 TeV/u

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21 Programa del CERN en hadroterapia Hadron Therapy continues to make progress PARTNER Marie Curie ITN project funded (CERN is the coordinator, 25 posts - 4 at CERN for 3 years) ENLIGHT (European Network for Light Ion Therapy) workshop at CERN (funded by COST; CERN is the coordinator of ENLIGHT): Novel Imaging systems. ULICE (Union of Light ion Centres in Europe): CERN is a ~10% partner Implementation in Member States HIT (Heidelberg) will be operational beginning of 2008 CNAO (Pavia) likely to be operational end of 2008 ----------- recent developments ----------- MedAustron (Wiener Neustadt) collaboration signed with CERN TERA-spin-off company, ADAM, created in Geneva ETOILE at Lyon …more to come

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23 ¿Para qué sirven los aceleradores? Lineales pequeños y betatrones: terapia contra el cáncer Ciclotrones para producción de isótopos: marcadores radioactivos para la industria / marcadores bioquímicos para medicina Sincrotrones de protones: terapia hadrónica contra el cáncer Haces de electrones de baja energía: curar capas de pintura, polimerizar plásticos, esterilizar equipo/comida, … Haces de iones pesados: implantación átomos en circuitos electrónicos, grabado de circuitos, endurecimiento de metales Baja energía, alta intensidad: reacciones termonucleares autosostenidas, transmutación de desechos radioactivos (R&D actualmente) Altas energías: investigaciones de física fundamental Fuentes de luz: cristalografía de proteínas, litografía de chips, ciencias de materiales, medicina forense, geofísica, … … G. Contreras