Haz de partículas
Este artículo necesita citas adicionales para su verificación . ( noviembre de 2008 ) |
Un haz de partículas es una corriente de partículas cargadas o neutras . En los aceleradores de partículas , estas partículas pueden moverse con una velocidad cercana a la de la luz . 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 en un grado suficiente 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, por ejemplo, mediante emisión termoiónica o descarga de arco . Los siguientes dispositivos se utilizan comúnmente como fuentes de haces de partículas:
- Fuente de iones
- Tubo de rayos catódicos , o más concretamente en una de sus partes denominada cañón de electrones . Éste también forma parte de las pantallas tradicionales de televisión y ordenador.
- Los fotocátodos también pueden incorporarse como parte de un cañón de electrones , utilizando el efecto fotoeléctrico para separar las partículas de su sustrato. [1]
- Los haces de neutrones pueden crearse a partir de haces de protones energéticos que impactan sobre un objetivo, por ejemplo, de material de berilio . (ver artículo Terapia de partículas )
- Hacer estallar un láser de petavatios sobre una lámina de titanio para producir un haz de protones. [2]
Manipulación
Aceleración
Los haces cargados pueden acelerarse aún más mediante el uso de cavidades de microondas de alta resonancia, a veces también 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 es parte de la física de los aceleradores.
Más recientemente, la aceleración de plasma ha surgido como una posibilidad para acelerar partículas en un medio de plasma , 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 por el momento no puede proporcionar haces confiables de suficiente calidad.
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 de luz 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 Tevatrón .
Radiación de sincrotrón
Los haces de electrones se utilizan en 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 una variedad de espectroscopias ( XAS , XANES , EXAFS , μ -XRF , μ -XRD ) con el fin de investigar y caracterizar la estructura y la especiación química de sólidos y materiales biológicos.
Terapia de partículas
Los haces de partículas energéticas que consisten en protones , neutrones o iones positivos (también llamados microhaces de partículas ) también pueden usarse para el tratamiento del cáncer en terapia de partículas.
Astrofísica
Muchos fenómenos astrofísicos se atribuyen a haces de partículas de diversos tipos. [3] Los científicos utilizan las ráfagas de radio solares de tipo III, las firmas de radio impulsivas más comunes del Sol, como herramienta para comprender mejor los haces de electrones solares acelerados. [4]
Militar
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de los Estados Unidos comenzó a trabajar en armas de rayos de partículas en 1958. [5] La idea general de este tipo de armamento es golpear un 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 rayo de alta potencia de este tipo supera las capacidades de producción de cualquier motor de campo de batalla estándar, [5] por lo que no se prevé que se produzcan este tipo de armas en un futuro previsible.
Véase también
Referencias
- ^ TJ Kauppila et al. (1987), Un inyector de electrones pulsados que utiliza un fotocátodo de metal irradiado por un láser excimer , Actas de la Conferencia sobre aceleradores de partículas de 1987
- ^ Rayos de protones de petavatios en Lawrence Livermore
- ^ 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.
- ^ ab Roberds, Richard M. (1984). "Introducción al arma de haz de partículas". Air University Review . Julio-agosto. Archivado desde el original el 17 de abril de 2012 . Consultado el 3 de enero de 2005 .
