Acelerador de partículas

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En este texto vamos hablar sobre el acelerador de partículas. Con la ayuda de este invento, se ha podido mejorar el conocimiento de átomo y de las partículas subatómicas. Tiene un principio bastante simple. Su misión es hacer colisionar átomos entre sí, de manera que gracias a este choque aparecen nuevas partículas, muy pequeñas y de corta duración. No obstante, se genera sea un nuevo conocimiento acerca del mundo a nivel atómico.

En los párrafos de este texto, vamos hablar acerca de estos aceleradores. Son aparatos bastante costosos, pero que han permitido el avance de la ciencia de manera notable. Igualmente, queremos explicar la evolución de estos aceleradores. Hemos compilado esta información de la manera más detallada posible, con la intención de dar a nuestros lectores datos suficientes para entender el funcionamiento de estos aceleradores.

¿Qué es un acelerador de partículas?

Se trata de un dispositivo que utiliza campos magnéticos. Con estos campos magnéticos, se logra acelerar partículas a inmensas velocidades. De esta manera, se logran colisionar con otras partículas diminutas. Para ello, ocurre que el acelerador se diseña a manera de tubo. Se considera que el efecto conseguido gracias a esta tecnología es similar a los rayos cósmicos en el universo.

Un dato interesante es que tampoco es una tecnología muy novedosa. Por ejemplo, los televisores hogareños más convencionales funcionan con un acelerador de partículas. Estas chocan con la pantalla y generan la imagen que viene por la señal.

Tal vez, uno de los problemas al usar estos equipos es que a chocar dos partículas se generan muchas partículas nuevas. No obstante, estas últimas tienen una duración muy breve. De hecho, se calcula que solamente duran una milésima de segundo. Son tan inestables que rápidamente desaparecen, o se agrupan en estructuras atómicas. No obstante, se sabe que en el universo estas interacciones y colisiones suceden de manera constante. Es así como se combinan y recombinan las estructuras atómicas, dando lugar a nuevos tipos de materia o de elementos.

En dado caso, la ventaja de un acelerador de partículas es que permite un entorno controlado. De esa manera, los científicos pueden avistar las partículas resultantes de la colisión. Igualmente, percatarse de cómo es su proceso de rápida desintegración.

El uso de este acelerador ha permitido conocer mucho más a fondo aspectos de la materia. Curiosamente, ha sido de gran utilidad en el avance de la medicina. Igualmente, en el ámbito de la electrónica. Y como es de suponerse, se trata de una notable ayuda en lo tocante a la exploración espacial.

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Tipos de aceleradores de partículas

Básicamente, se dice que hay dos tipos de aceleradores para partículas. Los primeros son los de tipo lineal. En segundo término, existen los aceleradores circulares. Cada uno de ellos tiene sus características. 

En ciertos casos, se prefiere usar los aceleradores lineales. Son los que se emplean en tecnologías de la medicina, como por ejemplo en la aplicación de rayos X. Los aceleradores circulares o más complejos, y se empiezan a utilizar en plantas de energía nuclear o en los grandes laboratorios donde se investiga lo tocante a los átomos del universo. Sobre ambos tipos de aceleradores, damos algunas explicaciones en los párrafos a continuación.

Aceleradores de partículas lineales

Consisten en una sucesión de tubos, provistos de placas, a los cuales se les aplica una corriente alterna. Cuando las partículas se aproximan a la placa, inevitablemente se aceleran ya que la polaridad resultante es opuesta a la de la partícula. Son los primeros tipos de aceleradores para partículas que se han inventado.

Por otra parte, en tiempos recientes estos aceleradores en provisto de corriente continua. De esta manera, logran acelerar las partículas a velocidad es increíble. De hecho, en ciertos casos pueden hasta crear reacciones nucleares.

Hay que decir que los aceleradores lineales suelen usarse para dar un impulso inicial a las partículas; con la intención del huevo introducirlas en un acelerador circular. Actualmente, el acelerador de partículas de tipo lineal más largo del mundo es el Stanford Linear Accelerator (SLAC), ya que cuenta con una longitud total de tres km.

En un formato más modesto, estos aceleradores se utilizan para los rayos X. Por otra parte, son frecuentes en las plantas nucleares como amplificadores de potencia. Se considera la manera más efectiva de trabajar con isótopos radiactivos generados en la fisión nuclear.

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Aceleradores de partículas circulares

Su principal característica que combinan campos eléctricos y campos magnéticos. Puede lograr aceleraciones mucho mayores que los de tipo lineal. Además, desde un punto de vista práctico son bastante eficaces. Su forma circular permite más aceleración, pero también necesitan de menos espacio para ser instalados. Se añade que las partículas resultantes de las colisiones, pueden lograr más tiempo antes de desaparecer.

Tal vez, el problema de estos aceleradores es que necesitan de mayor energía. La partícula puede girar indefinidamente en el perímetro circular. No obstante, esto sucede hasta que su energía se agota. Para poder funcionar durante un tiempo adecuado, es necesario impulsar dicha partícula con mucha energía inicial. En ciertos casos, los aceleradores circulares se trabajan de manera que pueden ir dotando energía a la partícula mientras se desplaza, de manera que ésta pueda seguir moviéndose. No obstante, esto es complejo y costoso.

En la actualidad, el acelerador de partículas de tipo circular más grande del mundo es el de la CERN. Se trata de un túnel circular, con una extensión de 26.7 kilómetros de largo. Se encuentra bajo tierra, a una profundidad promedio de 50 metros. Además de ser un prodigio de la ingeniería, ha permitido conocer mucho más acerca del mundo a nivel atómico.

El uso práctico de los aceleradores de partículas

El uso de uno de estos aparatos va más allá de la investigación de los átomos. Por ejemplo, han permitido importantes avances en la medicina. En este caso, la utilización de haces de partículas es algo que ha tenido bastante éxito en el tratamiento del cáncer. Igualmente, en procedimientos recientes conocidos con el nombre de radio-fármacos.

Por otra parte, se ha especulado mucho sobre la utilidad de estos aceleradores. Se estima que dentro de algunas décadas, sean una herramienta eficaz para realizar cirugías de muchísima precisión. Esto obedece a que las partículas en movimiento pueden hacer cortes en la epidermis, los cuales son de gran utilidad si se hacen de manera controlada. Además, por el pequeño tamaño de las partículas tales cortes dejan un mínimo de cicatriz.

Vale decirse, que es una tecnología que ya es utilizado en los tratamientos con láser. Estos últimos han demostrado ser de enorme eficacia en las cirugías oculares. Una de sus ventajas es que permiten hacer trabajo de cirugía sin tocar ni dañar tejidos sanos.

Por otra parte, ocurre que estos aceleradores tienen muy buena cabida en las plantas de energía nuclear. ¿Por qué sucede esto? La razón es que han demostrado ser muy útiles para eliminar residuos nucleares, los cuales pueden ser muy contaminantes debido a su contenido de radiación.

La partes de un acelerador de partículas

Estos aparatos están conformados por una serie de partes. Si bien no todos son iguales, por lo general un acelerador para partículas detenta una serie de mecanismos que son infaltables. Tales mecanismos son los que mencionamos a continuación:

Generación de fuerza

Es la parte del acelerador encargada de darle energía la partícula para que se desplace gran velocidad. Básicamente, se pueden utilizar las siguientes piezas: 1. Un dipolo eléctrico (con diferencia de potencial), 2. Un dipolo magnético (mediante un campo magnético), 3. Multipolos magnéticos (tiene la función de dar una trayectoria a las partículas que se mueven por el acelerador).

Esta generación de fuerza debe ser mayor en los aceleradores circulares. Por otra parte, también se procura dotar de energía nuevamente a la partícula durante su trayecto. Esto se logra haciéndola pasar por diversos campos magnéticos, de manera que se acelere y recupere parte del impulso de la energía inicial.

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Blancos

Son los sitios donde las partículas deben impactar. De esa manera, se logra que aparezcan una enorme cantidad de pequeñas partículas de tipo secundario. Estos blancos pueden ser de tipo fijo o de tipo móvil. Los blancos de tipo fijo se utilizan en aparatos convencionales, tales como los de rayos X,  donde las partículas deben colisionar con tu una placa.

En cambio, los blancos de tipo móvil son aquellos empleados para lograr la colisión de partículas entre sí. Estos últimos son frecuentemente usados en laboratorios para descubrir más secretos sobre la forma del átomo. En este caso, se procura orientar dos (o más) partículas impulsadas con energía para que choquen entre sí. Básicamente, lo que se busca es que las dos partículas impacten al mismo tiempo en un mismo blanco. Para ello, es necesario dirigirlas con cuidado y hacer que buscan es el blanco en específico.

Detectores de partículas nuevas

Estas piezas aparecen en los grandes aceleradores de partículas, destinados a la colisión de partículas entre sí. ¿Para qué funcionan? Hay que recordar que cuando las partículas chocan, se generan pequeñas partículas que son difíciles de detectar. Además de su tamaño ínfimo, también tienen una duración muy escasa. Ya hemos dicho que en promedio persisten solamente durante una milésima de segundo. 

Ocurre que para ver las partículas generadas en un impacto, hay diversas tecnologías. Usualmente se utilizó una pantalla revestida de fósforo, la cual permite convertir los electrones en fotones. Por otra parte, los más modernos detectores se valen de tecnología cuántica. Sucede que las partículas obtenidas son tan pequeñas, que suma hace prácticamente imperceptibles. No obstante, tienen una enorme cantidad energía. En tal sentido, los detectores se abocan a captar dicha energía para anunciar la presencia de una nueva partícula.

Un acelerador de partículas es una tecnología compleja. Lo más curioso, es que aún está en ciernes. Falta mucho por descubrir sobre el uso de estos equipamientos. En dado caso, lo interesante que han empezado a tener un uso cotidiano y frecuente. No solamente se emplean para descubrir cuestiones abstractas acerca del átomo y del universo. Por ello, es una tecnología que promete convertirse en una de las más importantes.

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