Investigadores españoles estudian los efectos de las radiaciones en detectores del LHC

Investigadores del Centro Nacional de Aceleradores (CNA, Universidad de Sevilla-Junta de Andalucía-CSIC), en colaboración con el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) y el Instituto de Física de Cantabria (IFCA, Universidad de Cantabria-CSIC), han estudiado los efectos que tiene la radiación sobre distintos tipos de fibras ópticas y recubrimientos que se utilizan como sensores en los grandes detectores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). En concreto, se han investigado los cambios en la temperatura y deformación de estos sensores en medios hostiles, como son los nuevos colisionadores de protones de alta intensidad.

El uso de los sensores de fibra en los grandes experimentos europeos asociados al LHC del CERN es fundamental para poder conocer los tipos de partículas detectadas. Concretamente, estos sensores de fibra, llamados FBG, indican que los detectores no sufren modificaciones en su temperatura y posición puesto que dichos cambios inducirían errores en los cálculos y resultados obtenidos. Una de las condiciones de estos sensores es que no deben cambiar su comportamiento a lo largo de varios años de uso, y este tipo de estudios no estaban desarrollados hasta hoy.

En esta investigación se han comprobado los efectos de la radiación sobre la linealidad de cada sensor FBG comparado con la deformación inducida antes y después de la irradiación.

Resultados

Para el desarrollo de este estudio, se han empleado haces de protones de 13,5 MeV (megaelectrónvoltios) del ciclotrón del CNA, con el fin de simular la radiación a la que se verán sometidos en los experimentos de los nuevos colisionadores hadrónicos de física de partículas. Esta energía permitió evaluar el impacto de la radiación sobre los sensores evitando la implantación de protones en la propia muestra.

A lo largo del estudio, se han analizado sensores FBG con distintos recubrimientos y tipos de fibra, confirmándose que la modificación en la reflectividad de los sensores inducida por los protones cambia dependiendo de ambas cosas, es decir, del material empleado como recubrimiento y de la composición de las fibras.

Asimismo, se han realizado medidas para conocer la composición de las fibras mediante distintas técnicas con haces de iones, determinándose con precisión la concentración de germanio (Ge), principal elemento dopante de las fibras, y encontrándose igualmente que existe enriquecimiento de boro (B) en el núcleo del sensor.

http://www.fpa.csic.es

http://www.i-cpan.es

La radiación de sincrotrón es la radiación electromagnética generada por partículas cargadas (tales como electrones) que se mueven según una trayectoria curva a alta velocidad (una fracción apreciable de la velocidad de la luz) en un campo magnético. Cuanto más rápido se mueven los electrones, más corta es la longitud de onda de la radiación. La emisión sincrotrón se produce artificialmente en los anillos de almacenamiento de un sincrotrón, y en la naturaleza se produce por los electrones a muy altas velocidades moviéndose a través de los campos magnéticos del espacio, y se observa en las explosiones y en remanentes de supernovas, radiogalaxias y púlsares.

Esta radiación fue así llamada después de su descubrimiento en un acelerador de sincrotrón de la empresa General Electric, construido en 1946 y anunciado en mayo de 1947 por Frank Elder, Anatole Gurewitsch, Robert Langmuir, y Herb Pollock en una carta titulada "Radiación de electrones en un sincrotrón".

Cuantitativamente la potencia emitida en forma de ondas electromagnéticas por una carga eléctrica en movimiento acelerado viene dado por la fórmula de Larmor:

 P = \frac{q^2 a^2}{6 \pi \varepsilon_0 c^3}

Donde:

q\, es la carga eléctrica de la partícula.
a\, es la aceleración de la partícula.
\varepsilon_0\, la permitividad eléctrica del vacío.
c\, es la velocidad de la luz.

wikipedia.org

 

La Radiación Sincrotrón es, de forma simple, radiación procedente de partículas cargadas que se mueven a velocidades relativistas bajo un campo magnético uniforme. Es el equivalente de la radiación ciclotrón, y toma el nombre de los aceleradores relativistas. Cuando los ciclotrones son suficientemente poderosos para lanzar las partículas a cerca de la velocidade da luz, la frecuencia orbital de esa partícula cambia. Se precisa sincronizar los parámetros del acelerador para que se adapte a esos cambios. Tenemos entonces un acelerador sincrotrón. Las partículas sometidas a unha traxectoria permanentemente curvada emiten radiación: a radiación sincrotrón.

En el universo se crean electroness relativistas que son atrapados en campo magnéticos diversos. Los objetos cósmicos que emiten radiación sincrotrón en esas condiciones son muy interesante en el campo de la Astrofísica.

Sin embargo, en los aceleradores de partículas circulares, como el LHC, esta radiación supone un serio problema. Las partículas cargadas viajando en trayectorias curvadas emiten esta radiación, y por tanto pierden energía. Además, esa radiación constituye un problema para todos los sistemas do acelerador (en particular la criogenia) y también desde el punto de vista de la seguridad radiológica.
Las cavidades RF deben restituir esa energía radiada por las partículas.

Por revolución, la potencia perdida es:

(donde ? es el radio)

Sigue en http://www.lhc-closer.es/php/index.php?i=2&s=4&p=12&e=0

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