Creado por Irene Navarro Chaves
Un acelerador de partículas es un dispositivo que utiliza campos electromagnéticos que se encargan de realizar la aceleración de partículas cargadas hasta altas velocidades, y de esta manera, colisionarlas con otras partículas. Mediante este procedimiento se generan multitud de nuevas partículas que por lo general son muy inestables y duran menos de un segundo, o bien, permite estudiar más a fondo las partículas que fueron colisionadas por medio de las que fueron generadas. Hay dos tipos básicos de aceleradores de partículas: los lineales y los circulares. Un ejemplo es un tubo de rayos catódicos de un televisor, el cual es una forma simple de acelerador de partículas.
Los aceleradores de partículas copian la acción de los rayos cósmicos sobre la atmósfera terrestre, lo cual produce constantemente una lluvia de partículas exóticas e inestables. Estos aceleradores prestan un entorno mucho más controlado para estudiar estas partículas generadas, y su proceso de desintegración.
El colimador multihojas permite evitar la realización de pesadas y peligrosas protecciones de cerrobend (Flecha). En ocasiones para un campo de tratamiento.
Se pueden mencionar aceleradores de altas energías en los que se utilizan líneas del haz de partículas que llevan partículas desde el acelerador de Van de Graaf a varios experimentos.
Algunos aceleradores utilizan bajas energías por ejemplo algunos aceleradores de partículas como los tubos de rayos catódicos, encontrados en televisores y generadores de rayos X. Estos utilizan baja energía usando un par de electrodos con un voltaje de corriente directa de unos cientos de voltios en ellos. En un generador de rayos X, el objetivo es uno de los electrodos. En la fabricación de circuitos integrados también se utiliza un acelerador de partículas baja energía, llamado implantador de iones.
Los aceleradores lineales 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. Cuando la traspasan, a través de un agujero practicado en la placa, cambia la polaridad, esta se invierte, de forma que en ese momento la placa repele la partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa. Es común observar que 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.
En los aceleradores de partículas más antiguos se usaba un Generador de Cockcroft-Walton para la multiplicación del voltaje. Esta pieza del acelerador permitió la construcción de la bomba atómica. Fue construido en 1937 por Philips de Eindhoven, hoy día puede observarse en el museo de ciencias naturales de Londres, Inglaterra.
Si las partículas se acercan a la velocidad de la luz, la velocidad de inversión de los campos eléctricos se hace considerablemente alta, lo que causa que deban operar a frecuencias distintas de las de microondas, y por eso, en muy altas energías, se utilizan cavidades resonantes de frecuencias de radio en lugar de placas.
Los tipos de aceleradores de corriente continua capaces de acelerar a las partículas hasta velocidades suficientemente altas como para causar reacciones nucleares son los generadores Cockcroft-Walton o los multiplicadores de potencial, que convierten una corriente alterna a continua de alto voltaje, o bien generadores Van de Graaf que utilizan electricidad estática transportada mediante cintas.
Los aceleradores de este tipo se pueden usar en muchas ocasiones como primera etapa antes de introducir las partículas en los aceleradores circulares. El acelerador lineal más largo del mundo es el colisionador electrón-positrón Stanford Linear Accelerator (SLAC), de 3 km de longitud.
El acelerador de partículas sincrotrón presenta algunas ventajas con respecto a los aceleradores lineales y los ciclotrones, son capaces de conseguir mayores energías en las partículas aceleradas. Sin embargo necesitan configuraciones de campos electromagnéticos mucho más complejos, pasando de los simples dipolos eléctricos y magnéticos que usan el resto de aceleradores a configuraciones de cuadrupolos, sextupolos, octupolos y mayores.
Los usos que se relacionan con los aceleradores pueden ser los siguientes:
1. Desarrollar superconductores para crear los campos electromagnéticos necesarios, sin la necesidad de elevar el consumo eléctrico hasta cotas impensables.
2. Crear sistemas de vacío para mantener las partículas en el conducto donde se mantienen las partículas, sin pérdidas del haz inadmisibles.
3. Son superordenadores, capaces de calcular las trayectorias de las partículas en las distintas configuraciones simuladas y, posteriormente, asimilar las enormes cantidades de datos generadas en los análisis científicos de los grandes aceleradores.
Los parámetros más importantes que caracterizan a un acelerador son: el tipo de partículas que pueden acelerar, el flujo o número de estas y su energía cinética. El número de partículas que produce un acelerador es relativamente fácil de medir ya que el haz de partículas da origen a una corriente eléctrica y su intensidad se expresa en amperios o submúltiplos de esta unidad. Para elevar la energía de las partículas de los aceleradores se debe incrementar su tamaño.
Existen varios proyectos para superar las energías que alcanzan los nuevos aceleradores. Estos aceleradores se espera que sirvan para confirmar teorías como la Teoría de la gran unificación e incluso para la creación de agujeros negros que confirmarían la teoría de supercuerdas.
En un acelerador lineal, los iones son acelerados en una trayectoria rectilínea y un diagrama esquemático de este tipo de aceleradores. Este acelerador tiene similitud al del Ciclotrón en el sentido que también se usa para acelerar los iones un oscilador de radio frecuencia, de algunas decenas de kilovolts, el cual acelera a los iones cuando se encuentran entre dos electrodos contiguos y la energía final es la acumulada por las aceleraciones que ocurre entre cada dos electrodos. La energía final es proporcional al número de electrodos.
