Los aceleradores de iones y electrones son máquinas diseñadas para impartir velocidad y energía extraordinarias a partículas atómicas con carga eléctrica.
Estos dispositivos son fundamentales en la investigación física, ya que permiten explorar la estructura del núcleo atómico y las fuerzas que mantienen unidas a sus componentes.
Al bombardear núcleos atómicos con partículas aceleradas, se pueden observar y medir desintegraciones o modificaciones, contribuyendo así al entendimiento de la materia.
Máquinas capaces de impartir velocidad y energía extraordinarias a las partículas atómicas con carga eléctrica. Uno de los principales problemas que desafían a los físicos de nuestra época es el de esclarecer la estructura del núcleo atómico y la naturaleza de las fuerzas que mantienen unidos a sus constituyentes formando un conjunto estable. Pero para lograrlo precisan disponer de instrumentos capaces de crear fuerzas de un orden comparable al de aquéllas, de medirlas con precisión y exactitud y de controlar su aplicación. Tales instrumentos son los aceleradores, que comunican grandes velocidades a las partículas, iones o electrones, para dirigirlas luego contra un blanco previamente determinado donde bombardean los núcleos atómicos. Cuando una de estas partículas aceleradas incide sobre un núcleo atómico, éste se desintegra frecuentemente o, al menos, experimenta alguna modificación susceptible de ser observada y medida.
En contraste con las fuerzas que reinan en el interior de los núcleos atómicos, las de carácter químico que mantienen unidos entre sí a los átomos formando las moléculas son prácticamente despreciables, ya que sólo son capaces de producir potenciales de 1 a 2 V. El desarrollo de la Batería eléctrica a comienzos del siglo pasado suministró a los químicos un medio de crear fuerzas de ese orden, suficientes para romper las moléculas y permitir el estudio de su estructura. Las fuerzas nucleares, en cambio, se miden en millones de voltios y sólo a partir de 1930 se dispuso de los medios necesarios para comunicar a las partículas energías de tal magnitud.
Este artículo estudia algunos de los fundamentos teóricos en que se basan los aceleradores de partículas y describe a continuación los tipos más importantes construidos hasta la fecha.
Fundamentos teóricos. Los neutrones, partículas eléctricamente neutras, muy útiles en experimentos de bombardeo nuclear, no pueden acelerarse, lo que en cambio se consigue con las que poseen carga eléctrica, iones y electrones, haciéndolas «caer» en un campo eléctrico donde experimentan una aceleración comparable a la de un cuerpo que cayera sobre la Tierra. El secreto en la construcción de aceleradores consiste en actuar sobre la partícula mediante numerosos campos de poco potencial (algunos miles de voltios) variando las conexiones eléctricas de modo que cuando la partícula termina su recorrido a través de un campo, entra automáticamente en otro, que le imparte nueva aceleración. Las partículas se mantienen en la trayectoria prefijada merced a campos eléctricos auxiliares o, más corrientemente, con ayuda de intensos campos magnéticos. Los campos magnéticos estáticos no actúan sobre las partículas en reposo, pero sobre las eléctricamente cargadas y en movimiento ejercen una fuerza proporcional a la velocidad, que las obliga a recorrer un camino circular.
Al acelerarse, las partículas absorben energía, que se mide generalmente en electrón-voltios. Un electrón acelerado por una diferencia de potencial de un millón de voltios, adquiere un millón de electrón-voltios, un MeV, de energía. A tal energía, el electrón se mueve a una velocidad de 281500 km/s, es decir, más de nueve décimas partes de la de la luz. De acuerdo con la teoría de la Relatividad de Einstein, ningún cuerpo puede superar en velocidad a la luz; por ello, la energía adicional suministrada al electrón se transforma en masa; éste aumenta de peso y no de velocidad. A un MeV de energía el electrón ya pesa tres veces más que en reposo; a 100 MeV su velocidad es sólo unos 4 km/s inferior a la de la luz y su masa 200 veces mayor que la normal. Por lo tanto, los aceleradores que funcionan a energías tan elevadas no aumentan en realidad la velocidad de las partículas; simplemente acrecientan su masa.
Las partículas más pesadas, entre las que figuran todos los iones, requieren mucha más energía para moverse a tales velocidades. Así, un protón a 100 MeV, o una partícula alfa a 400 MeV, se desplazan casi a la mitad de la velocidad de la luz y su masa es tan sólo una décima parte mayor que la normal.
Un acelerador ideal sería el que suministrara partículas de energía elevada, uniforme y previsible en forma de haz denso e ininterrumpido. Ninguno de los modelos construidos hasta la fecha satisface por sí solo todas estas exigencias.
La historia de los aceleradores es la del progreso técnico y más en particular del de la Electrónica. Por el 1920 se hicieron los primeros intentos para construir aceleradores, pero las únicas partículas de gran velocidad disponibles procedían de substancias naturalmente radiactivas. El primer acelerador utilizado con éxito, construido en Inglaterra hacia 1930, utilizaba rectificadores constituidos por válvulas electrónicas. En la década siguiente se construyeron otros dispositivos que desempeñaron importantísimo papel en el estudio de la Energía atómica. En 1940 se inicia un periodo de aparente abandono de la cuestión, porque los físicos dedican su atención preferente a la Bomba atómica. Poco antes de 1950 volvieron a construirse varios aceleradores mucho más potentes gracias a los progresos realizados por la electrónica durante la II Guerra Mundial (en relación con el Radar), a la generosa ayuda económica de los Gobiernos y a la aplicación de un principio nuevo, el del sincrotrón. En 1950 la mayor parte de ellos estaban terminados y durante los años siguientes permitieron reunir gran cantidad de información.
• Multiplicador De Voltaje, O Rectificador En Cascada: ue construido por Cockroft y Walton en 1929 y empleado para producir la primera transmutación artificial en 1932. Consistía en un transformador de alta frecuencia, capaz de engendrar una diferencia de potencial de 100000 V de corriente alterna y una batería de condensadores ... Para seguir leyendo ver: Multiplicador De Voltaje, O Rectificador En Cascada
• Generador De Van De Graaff: s una Máquina electrostática. Una corriente continua de algunos miles de voltios carga, por medio de las agudas puntas de una escobilla, una cinta sin fin, fabricada en material aislante, rayón, por ejemplo, que gira sobre dos poleas, una de ellas situada en la parte inferior, do... Para seguir leyendo ver: Generador De Van De Graaff
• Acelerador Lineal: l procedimiento de dos electrodos no permite obtener diferencias de potencial en exceso de varios megavoltios, por lo cual se han diseñado aparatos que imparten energías superiores mediante repetidas aceleraciones en entrehierros a los que se aplica corriente alterna de voltaje relativamente&nb... Para seguir leyendo ver: Acelerador Lineal
• Ciclotrón: ste famoso aparato, construido por primera vez por Lawrence y Livingstone en 1931, es, en esencia, un acelerador lineal en círculo. Consta de dos cajas planas semicirculares llamadas «des» por su forma, envueltas por un recipiente estanco, V, que contiene gas a baja presión. El c... Para seguir leyendo ver: Ciclotrón
• Betatrón: n el betatrón los electrones resultan acelerados por la influencia de un campo eléctrico inducido, creado a su vez por un campo magnético variable. Antes de 1930 ya se construyeron en Inglaterra y Alemania dispositivos basados en este principio, pero el primero que dio resultados prácticos... Para seguir leyendo ver: Betatrón
• Sincrotrón: n este dispositivo las partículas reciben sucesivos incrementos de energía bajo la influencia de un campo eléctrico variable tal que los electrodos, equivalentes a los tubos de los aceleradores lineales o a las «des» de los ciclotrones, poseen la carga adecuada en el momento que las partículas&... Para seguir leyendo ver: Sincrotrón
• Electrón Sincrotrón: n electrón sincrotrón, ultimado en los Estados Unidos el año 1947 y capaz de alcanzar los 70 MeV, funciona con un electroimán diez veces menor que el que hubiera necesitado un betatrón para producir electrones de la misma energía. Este dispositivo, al igual que otro de 330 MeV termina... Para seguir leyendo ver: Electrón Sincrotrón
• Protón Sincrotrón: no de los aparatos de este tipo de mayor tamaño es el bevatrón de Berkeley que, mediante un electroimán de 13000 t, acelera protones a 6,2 Bev (1 Bev = = 1000000000 de electrón-voltios). El electroimán tiene forma de pista de carreras en miniatura, con cuatro secciones rectas de 6 m... Para seguir leyendo ver: Protón Sincrotrón
Cantidad de letras, vocales y consonantes de Aceleradores De Iones Y Electrones
Palabra inversa: senortcelE Y senoI eD serodarelecA Número de letras: 30 Posee un total de 14 vocales: A e e a o e e I o e E e o e Y un total de 16 consonantes: c l r d r s D n s Y l c t r n s
¿Es aceptada "Aceleradores De Iones Y Electrones" en el diccionario de la RAE?
