Hispanopedia WikiUn haz de partículas es un flujo de partículas cargadas o neutras distintas de los fotones . En los aceleradores de partículas , estas partículas pueden moverse a una velocidad cercana a la de la luz . [ 1 ] Existe una diferencia entre la creación y el control de haces de partículas cargadas y haces de partículas neutras, ya que solo el primer tipo puede manipularse suficientemente mediante dispositivos basados en el electromagnetismo . La manipulación y el diagnóstico de haces de partículas cargadas a altas energías cinéticas mediante aceleradores de partículas son temas principales de la física de aceleradores .
Fuentes
Las partículas cargadas, como electrones , positrones y protones, pueden separarse de su entorno común. Esto se puede lograr mediante procesos como la emisión termoiónica o la descarga de arco . Los siguientes dispositivos se utilizan comúnmente como fuentes de haces de partículas:
- Fuente de iones
- Tubo de rayos catódicos , o más específicamente en una de sus partes llamada cañón de electrones . Esto también forma parte de las pantallas de televisión y de ordenador tradicionales.
- Los fotocátodos también pueden incorporarse como parte de un cañón de electrones , utilizando el efecto fotoeléctrico para separar partículas de su sustrato. [ 2 ]
- Los haces de neutrones pueden crearse mediante haces de protones energéticos que impactan sobre un objetivo, por ejemplo, de material de berilio . (Véase el artículo Terapia de partículas ).
Manipulación
Aceleración
Los haces cargados pueden acelerarse aún más mediante el uso de cavidades de microondas de alta resonancia, a veces superconductoras . Estos dispositivos aceleran las partículas mediante la interacción con un campo electromagnético . Dado que la longitud de onda de los dispositivos conductores macroscópicos huecos se encuentra en la banda de radiofrecuencia (RF), el diseño de dichas cavidades y otros dispositivos de RF también forma parte de la física de aceleradores.
Más recientemente, la aceleración por plasma ha surgido como una posibilidad para acelerar partículas en un medio plasmático , utilizando la energía electromagnética de sistemas láser pulsados de alta potencia o la energía cinética de otras partículas cargadas. Esta técnica se encuentra en desarrollo activo, pero actualmente no puede proporcionar haces fiables de calidad suficiente.
Guía
En todos los casos, el haz se dirige con imanes dipolares y se enfoca con imanes cuadrupolares , con el objetivo final de alcanzar la posición y el tamaño del punto del haz deseados en el experimento.
Aplicaciones
Física de altas energías
Los haces de partículas de alta energía se utilizan para experimentos de física de partículas en grandes instalaciones; los ejemplos más comunes son el Gran Colisionador de Hadrones y el Tevatron .
radiación sincrotrón
Los haces de electrones se emplean en las fuentes de luz de sincrotrón para producir radiación de rayos X con un espectro continuo en una amplia banda de frecuencias , denominada radiación de sincrotrón . Esta radiación de rayos X se utiliza en las líneas de luz de las fuentes de luz de sincrotrón para diversas técnicas espectroscópicas ( XAS , XANES , EXAFS , μ -XRF , μ -XRD ) con el fin de analizar y caracterizar la estructura y la especiación química de sólidos y materiales biológicos.
Terapia de partículas
Los haces de partículas energéticas compuestos por protones , neutrones o iones positivos (también llamados microhaces de partículas ) también pueden utilizarse para el tratamiento del cáncer en la terapia de partículas.
Los aceleradores lineales utilizan haces de electrones a una velocidad cercana a la de la luz para tratar cánceres profundos en pacientes. Un blanco de tungsteno/molibdeno se puede introducir en el haz para generar rayos X que se utilizan para tratar cánceres superficiales.
Astrofísica y física espacial
Muchos fenómenos en astrofísica se atribuyen a haces de partículas de diversos tipos. [ 3 ] Las ráfagas de radio solares de tipo III, las señales de radio impulsivas más comunes del Sol, son utilizadas por los científicos como una herramienta para comprender mejor los haces de electrones solares acelerados. [ 4 ] Además, los haces de partículas causan inestabilidades al interactuar con el plasma, lo que puede generar condiciones que producen ondas solitarias electrostáticas . [ 5 ]
Militar
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de EE. UU. comenzó a trabajar en armas de haz de partículas en 1958. [ 6 ] La idea general de este tipo de armamento es impactar un objeto objetivo con un flujo de partículas aceleradas con alta energía cinética , que luego se transfiere a los átomos o moléculas del objetivo. La potencia necesaria para proyectar un haz de alta potencia de este tipo supera la capacidad de producción de cualquier planta de energía estándar para el campo de batalla, [ 6 ] por lo que no se prevé que tales armas se produzcan en un futuro previsible.
Véase también
Referencias
- ↑ "LHC la guía Preguntas frecuentes | CERN" . home.cern . Consultado el 29 de enero de 2025 .
- ↑ TJ Kauppila et al. (1987), Un inyector de electrones pulsado que utiliza un fotocátodo metálico irradiado por un láser de excímeros , Actas de la Conferencia de Aceleradores de Partículas de 1987
- ↑ Anthony Peratt (1988). "El papel de los haces de partículas y las corrientes eléctricas en el universo de plasma" (PDF) . Laser and Particle Beams . 6 (3): 471– 491. Bibcode : 1988LPB.....6..471P . doi : 10.1017/S0263034600005401 . Consultado el 26 de enero de 2023 .
- ↑ Reid, Hamish Andrew Sinclair; Ratcliffe, Heather (julio de 2014). "Una revisión de las ráfagas de radio solares de tipo III" . Investigación en Astronomía y Astrofísica . 14 (7): 773– 804. arXiv : 1404.6117 . Bibcode : 2014RAA....14..773R . doi : 10.1088/1674-4527/14/7/003 . ISSN 1674-4527 . S2CID 118446359 .
- ↑ Omura, Y.; Matsumoto, H.; Miyake, T.; Kojima, H. (febrero de 1996). "Inestabilidades del haz de electrones como mecanismo de generación de ondas solitarias electrostáticas en la magnetocola" . Journal of Geophysical Research: Space Physics . 101 (A2): 2685–2697 . doi : 10.1029/95JA03145 . ISSN 0148-0227 .
- 1 2 Roberds, Richard M. (1984). "Introducción al arma de haz de partículas" . Air University Review . Julio- agosto. Archivado del original el 17 de abril de 2012. Recuperado el 3 de enero de 2005 .
- Física de aceleradores