Aceleradores de Particulas, Particles Acelerator

Los aceleradores de partículas son instrumentos que utilizan campos electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente hasta alcanzar velocidades (y por tanto energías) muy altas, pudiendo ser cercanas a la de la luz. Además estos instrumentos son capaces de contener estas partículas. Un acelerador puede ser un tubo de rayos catódicos ordinario, formando parte de las televisiones domésticas comunes o los monitores de los ordenadores, hasta grandes instrumentos que permiten explorar el mundo de lo infinitamente pequeño, en búsqueda de los elementos fundamentales de la materia.

Existen dos tipos básicos de aceleradores: por un lado los lineales y por otro los circulares.

Los aceleradores lineales (muchas veces se usa el acrónimo en inglés linac) de altas energías utilizan un conjunto de placas o tubos situados en línea a los que se les aplica un campo eléctrico alterno. Cuando las partículas se aproximan a una placa se aceleran hacia ella al aplicar una polaridad opuesta a la suya. Justo cuando la traspasan, a través de un agujero practicado en la placa, la polaridad se invierte, de forma que en ese momento la placa repele la partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa. Generalmente no se acelera una sola partícula, sino un continuo de haces de partículas, de forma que se aplica a cada placa un potencial alterno cuidadosamente controlado de forma que se repita de forma continua el proceso para cada haz.

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En los aceleradores de partículas más antiguos se usaba un Generador de Cockcroft-Walton para la multiplicación del voltaje. Esta pieza del acelerador ayudó al desarrollo de la bomba atómica. Construido en 1937 por Philips de Eindhoven, se encuentra actualmente en el museo de ciencias naturales de Londres (Inglaterra).A medida que las partículas se acercan a la velocidad de la luz, la velocidad de inversión de los campos eléctricos se hace tan alta que deben operar a frecuencias de microondas, y por eso, en muy altas energías, se utilizan cavidades resonantes de frecuencias de radio en lugar de placas.

Los tipos de aceleradores de corriente continua capaces de acelerar a las partículas hasta velocidades suficientemente altas como para causar reacciones nucleares son los generadores Cockcroft-Walton o los multiplicadores de potencial, que convierten una corriente alterna a continua de alto voltaje, o bien generadores Van de Graaf que utilizan electricidad estática transportada mediante cintas.

Estos aceleradores se usan en muchas ocasiones como primera etapa antes de introducir las partículas en los aceleradores circulares. El acelerador lineal más largo del mundo es el colisionador electrón-positrón Stanford Linear Accelerator (SLAC), de 3 km de longitud.

Estos aceleradores son los que se usan en sementerapia y radiocirugía. Utilizan válvulas klistrón y una determinada configuración de campos magnéticos, produciendo haces de electrones de una energía de 6 a 30 millones de electronvoltios (MeV). En ciertas técnicas se utilizan directamente esos electrones, mientras que en otras se les hace colisionar contra un blanco de número atómico alto para producir haces de rayos X. La seguridad y fiabilidad de estos aparatos está haciendo retroceder a las antiguas unidades de cobaltoterapia.

Dos aplicaciones tecnológicas de importancia en las que se usan este tipo de aceleradores son la espalación para la generación de neutrones aplicables a los amplificadores de potencia para la transmutación de los isótopos radiactivos más peligrosos generados en la fisión.

Aceleradores circulares

Estos tipos de aceleradores poseen una ventaja añadida a los aceleradores lineales al usar campos magnéticos en combinación con los eléctricos, pudiendo conseguir aceleraciones mayores en espacios más reducidos. Además las partículas pueden permanecer confinadas en determinadas configuraciones teóricamente de forma indefinida.

Sin embargo poseen un límite a la energía que puede alcanzarse debido a la radiación sincrotrón que emiten las partículas cargadas al ser aceleradas. La emisión de esta radiación supone una pérdida de energía, que es mayor cuanto más grande es la aceleración impartida a la partícula. Al obligar a la partícula a describir una trayectoria circular realmente lo que se hace es acelerar la partícula, ya que la velocidad cambia su sentido, y de este modo es inevitable que pierda energía hasta igualar la que se le suministra, alcanzando una velocidad máxima.

Algunos aceleradores poseen instalaciones especiales que aprovechan esa radiación, a veces llamada luz sincrotrón. Esta radiación se utiliza como fuentes de Rayos X de alta energía, principalmente en estudios de materiales o de proteínas por espectroscopia de rayos X o por absorción de rayos X por la estructura fina (o espectrometría XAS).

Esta radiación es mayor cuando las partículas son más ligeras, por lo que se utilizan partículas muy ligeras (principalmente electrones) cuando se pretenden generar grandes cantidades de esta radiación, pero generalmente se aceleran partículas pesadas, protones o núcleos ionizados más pesados, que hacen que estos aceleradores puedan alcanzar mayores energías. Este es el caso del gran acelerador circular del CERN, donde el LEP, colisionador de electrones y positrones, se ha sustituido por el LHC, colisionador de hadrones.

Los aceleradores de partículas más grandes y potentes, como el RHIC, el LHC (está programada su puesta en marcha en el día 10 de septiembre de 2008) o el Tevatrón se utilizan en experimentos de física de partículas.

Ciclotrón

El primer ciclotrón fue desarrollado por Ernest Orlando Lawrence en 1929 en la Universidad de California. En ellos las partículas se inyectan en el centro de dos pares de imanes en forma de "D". Cada par forma un dipolo magnético y además se les carga de forma que exista una diferencia de potencial alterna entre cada par de imanes. Esta combinación provoca la aceleración.

Estos aceleradores tienen un límite de velocidad bajo en comparación con los sincrotrones debido a los efectos explicados anteriormente. Aun así las velocidades que se alcanzan son muy altas, llamadas relativistas por ser cercanas a la velocidad de la luz. Por este motivo se suelen utilizar unidades de energía (electronvoltios y sus submúltiplos habitualmente) en lugar de unidades de velocidad. Por ejemplo, para protones, el límite se encuentra en unos 10 MeV. Por este motivo los ciclotrones solo se pueden usar en aplicaciones de bajas energías. Existen algunas mejoras técnicas como el sincrociclotrón o el ciclotrón síncrono, pero el problema no desaparece. Algunas máquinas utilizan varias fases acopladas para utilizar mayores frecuencias (por ejemplo el rodotrón ).

Estos aceleradores se utilizan por ejemplo para la producción de radioisótopos de uso médico (como por ejemplo la producción de 18F para su uso en los PET), para la esterilización de instrumental médico o de algunos alimentos, para algunos tratamientos oncológicos y en la investigación. También se usan para análisis químicos, formando parte de los llamados espectrómetros de masas.

Sincrotrón

Uno de los primeros sincrotrones, que aceleraba protones, fue el Bevatron construido en el Laboratorio nacional Brookhaven (Nueva York), que comenzó a operar en 1952, alcanzando una energía de 3 GeV.

El sincrotrón presenta algunas ventajas con respecto a los aceleradores lineales y los ciclotrones. Principalmente que son capaces de conseguir mayores energías en las partículas aceleradas. Sin embargo necesitan configuraciones de campos electromagnéticos mucho más complejos, pasando de los simples dipolos eléctricos y magnéticos que usan el resto de aceleradores a configuraciones de cuadrupolos, sextupolos, octupolos y mayores.

Estos aceleradores llevan asociado el uso de mayores capacidades tecnológicas e industriales, tales como y entre otras muchas:

El desarrollo de superconductores, capaces de crear los campos electromagnéticos necesarios, sin la necesidad de elevar el consumo eléctrico hasta cotas impensables,
sistemas de vacío, que permitan mantener las partículas en el conducto donde se mantienen las partículas, sin pérdidas del haz inadmisibles, superordenadores, capaces de calcular las trayectorias de las partículas en las distintas configuraciones simuladas y, posteriormente, asimilar las enormes cantidades de datos generadas en los análisis científicos de los grandes aceleradores como el LHC.
Al igual que en otras áreas de la tecnología de punta, existen múltiples desarrollos que se realizaron para su aplicación en estos aceleradores que forman parte de la vida cotidiana de las personas. Quizá el más conocido fue el desarrollo de la World Wide Web (comúnmente llamada web), desarrollado para su aplicación en el LEP.

La única forma de elevar la energía de las partículas con estos aceleradores es incrementar su tamaño. Generalmente se toma como referencia la longitud del perímetro de la circunferencia (realmente no forman una circunferencia perfecta, sino un polígono lo más aproximado posible a esta). Por ejemplo tendríamos el LEP con 26,6 km, capaz de alcanzar los 45 GeV (91 GeV para una colisión de dos haces en sentidos opuestos), actualmente reconvertido en el LHC del que se prevén energías superiores a los 7 TeV.

Aceleradores de mayores energías

Existen varios proyectos para superar las energías que alcanzan los nuevos aceleradores. Estos aceleradores se espera que sirvan para confirmar teorías como la Teoría de la gran unificación e incluso para la creación de agujeros negros que confirmarían la teoría de supercuerdas.

Para 2015-2020 se espera que se construya el Colisionador lineal internacional, un enorme linac de 40 km de longitud, inicialmente de 500 GeV que se ampliarían hasta 1 TeV. Este acelerador utilizará un laser enfocado en un fotocátodo para la generación de electrones. En 2007 no se había decidido aún qué nación lo albergaría.

El Supercolisionador superconductor (SSC en inglés) era un proyecto de un sincrotrón de 87 km de longitud en Texas que alcanzaría los 20 TeV. Se abortó el proyecto en 1993.

Se cree que la aceleración de plasmas mediante láseres conseguirán un incremento espectacular en las eficiencias que se alcancen. Estas técnicas han alcanzado ya aceleraciones de 200 GeV por metro, si bien en distancias de algunos centímetros, en comparación con los 0,1 GeV por metro que se consiguen con las radiofrecuencias.

Ciclotrón de 9 pulgadas Universidad de California, Berkeley 1931 Circular H2+ 1.0 MeV Prueba del concepto

Ciclotrón de 11 pulgadas Universidad de California, Berkeley 1932 Circular Protón 1.2 MeV

Ciclotrón de 27 pulgadas Universidad de California, Berkeley 1932-1936 Circular Deuterio 4.8 MeV Interacciones investigadas del nucleo del deuterio

Ciclotrón de 37 pulgadas Universidad de California, Berkeley 1937-1938 Circular Deuterio 8 MeV Descubrió muchos isótopos

Ciclotrón de 60 pulgadas Universidad de California, Berkeley 1939-1941 Circular Deuterio 16 MeV Descubrió muchos isótopos

Ciclotrón de 184 pulgadas Laboratorio de Berkeley Rad 1942 Circular Vario 100 MeV Investigación sobre la separación del uranio

Calutrón Oak Ridge National Laboratory 1943 Herradura Núcleos del uranio Separaban los isótopos para el Proyecto Manhattan

Otros tipos

John Douglas Cockcroft y Ernest Thomas Sinton Walton: Acelerador electroacústico Laboratorios Cavendish 1932 Generador de Cockcroft-Walton Protón 0.7 MeV Primer artificial del núcleo atómico (litio)

Sincrotones

Cosmotrón Brookhaven National Laboratory 1953-1968 Anillo circular (alrededor de 72 metros) Protón 3.3 GeV Descubrimiento de la partícula V, primera producción artificial de algunos mesones.

Sincrotón de Birmingham Universidad de Birmingham 1939 Protón 1 GeV

Bevatrón Laboratorio de Berkeley Rad 1954-1970 Pista de la raza Protón 6.2 GeV Los experimentos extraños, el antiprotón y el antineutrón fueron descubiertos.

Bevalac combinación del acelerador linear de SuperHILAC Laboratorio de Berkeley Rad 1970-1993 El acelerador linear siguió por la pista de la raza Todos los núcleos estables podrían ser acelerados Observación de la materia nuclear comprimida. Depositar en tumores en la investigación del cáncer

Saturne Saclay, Francia 3 GeV

Synchrophasotrón Dubna, Rusia Diciembre de 1949-Presente 10 GeV

Gradiente cero sincrotón Laboratorio nacional de Argonne 12.5 GeV

Sincrotón del protón Consejo Europeo para la Investigación Nuclear 1959-Presente Anillo circular (alrededor de 600 metros) Protón 28 GeV ISR, SPS y LHC

Sincrotón del gradiente que se alterna Brookhaven National Laboratory 1960 Protón 33 GeV Partícula de J/?, neutrino, violación CP en kaones

Aceleradores de Blanco Fijo

Estos son los aceleradores más funcionados en modo fijo; a menudo, también habrán sido funcionados como colisionadores.

SLAC Linac Centro linear del acelerador de Stanford 1966-Presente 3 kilómetros de acelerador lineal Electrón
Positrón 50 GeV Aumentado en varias ocasiones, utilizado por PEP, LANZA, SLC y PEP-II

Anillo de Fermilab Fermilab

Super Proton Synchrotron CERN

Acelerador linear de las contiendas Middleton, MA Anillo del almacenaje Electrones polarizados 500 MeV

CEBAF Laboratorio de Jefferson Electrones polarizados 5.75 Gev (aumenta a 12 GeV)

MAMI Maguncia, Alemania Acelerador Electrones polarizados 855 MeV

Tevatrón Fermilab
Fuente del neutrón de Spallation Oak Ridge National Laboratory 2006-Presente Linear (335 m)
Circular (248 m) Protones 800 MeV-1 GeV

Colisionadores

Electrón-Positrón

LANZA SLAC Marca I, Marca II, Marca III Descubrimiento de los estados de Charmonium
PEP SLAC Marca II
SLC SLAC Adición a SLAC Linac 45 GeV 45 GeV SLD, Marca I

LEP CERN 1989-2000 Circular, 27 km 104 GeV 104 GeV Aleph, Delphi, Opalo, L3 Solamente 3 neutrinos que obran recíprocamente de la luz que existen, implicando solamente tres generaciones de quarks y de leptones.

DORIS DESY 1974-1993 Circular, 300 km 5 GeV 5 GeV ARGUS, bola cristalina, DASP, PLUTO Oscilación en mesones neutrales

PETRA DESY 1978-1986 Circular, 2 km 20 GeV 20 GeV JADE,

MARK-J, PLUTO, TASSO Descubrimiento del gluón del acontecimiento de 3 jets.

CESR Universidad de Corneil 1979-2002 Circular, 768 km 6 GeV 6 GeV CUSB, AJEDREZ, CLEO, CLEO-2, CLEO-2.5, CLEO-3

Primeras observaciones
CESR-c Universidad de Corneil 2002 Circular, 768 km 6 GeV 6 GeV AJEDREZ, CLEO-c
PEP-II SLAC 1998-2008 Circular, 2.2 km 9 GeV 3.1 GeV Babar Descubrimiento de la violación CP
KEKB KEK 1999-2008 Circular, 3 km 8 GeV 3.5 GeV Belle Descubrimiento de la violación CP
VEPP-2000 Novosibirsk 2006- Circular, 24 m 1.0 GeV 1.5 GeV
VEPP-4M Novosibirsk 1994- Circular, 366 m 6 GeV 6 GeV
BEPC China 1989- Circular, 240 m 2.2 GeV 2.2 GeV BES
DA?NE Frascati, Italia 1999- Circular, 98 m 0.7 GeV 0.7 GeV KLOE

Hadrón

Intersecting Storage Rings CERN 1971-1984 Anillos circulares (948 m alrededor) Protón/Protón 31.5 GeV

Super Proton Synchrotron CERN 1981-1984 Anillo circular (6.9 km alrededor) Protón/Antiprotón UA1, UA2

Tevatrón I Fermilab 1992-1995 Anillo circular (6.3 km alrededor) Protón/Antiprotón 900 GeV CDF, DO

Tevatrón II Fermilab 2001-presente Anillo circular (6.3 km alrededor) Protón/Antiprotón 980 GeV CDF, DO

RHIC
protón+modo de protón BNL 2000-presente Anillo circular (3.8 km) Protón/Protón 100 GeV PHENIX, STAR

Gran Colisionador de Hadrones CERN 2007 Anillos circulares (27 km alrededor) Protón/Protón 7 TeV ALICE, ATLAS. CMS, LHCb, TOTEM

Electrón-Protón

HERA DESY 1992-2007 Anillo circular
(alrededor de 6336 metros) 27.5 GeV 920 GeV H1, ZEUS, HERMES, HERA-B

Ión

Ion Pesado Relativista Collider Brookhaven National Laboratory 2000- 3.8 km Au-Au, Cu-Cu, D-Au, PP polarizados 0.1 TeV por el nucleo STAR, PHENIX, Brahms, Phobos

Gran Colisionador de Hadrones CERN 2007- Anillo circular (27 km) Pb-Pb 2.76 TeV por el nucleo ALICE

Ademas nuevos proyectos:

España participa como socio fundador del nuevo centro europeo de investigación en física nuclear FAIR

La mejora de energia en el LHC en el CERN prevista sobre el 2012.
Largue Hadron Collider

El LHC alcanza la luminosidad fijada para 2010

En el Fermilab se parará el Tevatron durante 3 años para su modernización, al mismo tiempo se trabaja en la nueva generación el llamado Projet X

Fermilab construye una instalación pionera destinada a probar tecnología para los futuros aceleradores

Y mientras en Fermilab se trabaja en la proxima generación en el CERN no son menos llevan años trabajando en el CLIC tambien llamado ILC International Lineal Collider.

El paso del LHC al ILC

La actualidad de los grandes proyectos en Fisica.

En la actualidad los aceleradores de particuals llenan los medios de comunicación, destacando entre ellos el LHC, el Tevatron y el RHIC.

Hacia el plasma de quarks-gluones

Teoría de cuerdas, fluidos y plasma de quarks y gluones

Catedrales de la ciencia – 50 años del CERN y Horizon – El experimento de los 6000 millones de dólares

CERN LHC Experimentos y Detectores: Atlas, CMS, Alice,LHCf y TOTEM

Historia del CERN y El acelerador de partículas LHC y LEP

Por su parte Rusia ha comenzado a construir cerca de Moscu su nuevo colisionador de particulas.

Rusia empieza a construir su propio colisionador de partículas

Pero los mas humildes no son por ello ignorados.

En Argentina:
El Acelerador Lineal de Particulas (TANDAR=TANdem ARgentino), que se utiliza para estudiar la materia a nivel nuclear y cuántico. Hasta unos años atrás, era la única instalación de este tipo en toda Latinoamérica.

El acelerador TANDAR funciona en las instalaciones de la Unidad de Actividad FISICA del CENTRO ATOMICO CONSTITUYENTES, de la COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA.

Este acelerador, único de sus características en el país, se encuentra en operación rutinaria desde el año 1985, y es una herramienta fundamental en la tarea de la comunidad científica, ya sea en la investigación experimental básica o aplicada, tanto dentro como fuera de CNEA.

El acelerador TANDAR, un sofisticado equipo diseñado e instalado a principios de la década de los ’80, ha cumplido, y lo sigue haciendo, con esta importante misión, así como también con una no menos importante como es la formación de recursos humanos, tanto técnicos como científicos, como consecuencia de la actividad concentrada en torno a su funcionamiento.

Una de las cuatro salas experimentales

ANTECEDENTES HISTORICOS

Ya en el año 1951, trabajaban en la CNEA más de cincuenta científicos investigando activamente en el campo de las ciencias nucleares.

Durante 1953 y 1954, comienzan a funcionar, en la Sede Central, un acelerador lineal tipo Cockroft-Walton de 1,2 MV y un Sincrociclotrón de 180 cm, que permitía acelerar deuterones y partículas alfa hasta energías de 28 MeV y 56 MeV respectivamente. Estas máquinas, con mejoras y desarrollos posteriores, continuaron en operación hasta fines de los ’70, y permitieron un notable desarrollo en los grupos científicos vinculados a la física experimental.

Precisamente, la creciente demanda de esta comunidad científica, es la que impulsa la idea de una actualización del equipamiento existente, a medida que las máquinas disponibles entran en un período de obsolescencia que termina imponiendo fuertes limitaciones a los planes de investigación.

Es así como ya en el año 1969, se realizan estudios de factibilidad tendientes a la adquisición de máquinas más modernas, que por distintos motivos no llegan a materializarse. Sin embargo los proyectos se sucedieron, hasta que finalmente en 1976, el entonces Departamento de Física propuso la compra e instalación de un acelerador electrostático de 20 MV, como conclusión de un estudio que lo revela como el más conveniente para la investigación experimental en física nuclear de bajas energías. Este estudio recomienda también "...encarar la instalación de la máquina con criterios que amplíen al máximo su posible impacto en la comunidad científica argentina. Para ello, su ubicación debe contribuir a facilitar su uso por estudiantes graduados y personal de las universidades y de otros organismos de investigación y desarrollo."

Este proyecto, finalmente aprobado por las autoridades de CNEA en el curso de ese año, se materializó a fines de 1977, con la firma del contrato de construcción del acelerador suscripto con la firma Electrostatics International Inc., de EE.UU.

Asimismo, en una segunda fase, se adjudicó en el país el desarrollo de la ingeniería conceptual para las obras locales, como ser edificios, (de los cuales se destaca la torre de hormigón de 73 mts de altura), tanque de presión, sistema de trasvasamiento y almacenamiento de hexafluoruro de azufre, etc.
Dichas obras comenzaron de hecho a fines de 1979, con un cronograma compatible con la construcción, montaje, pruebas y puesta en marcha del acelerador. Finalmente, en Septiembre de 1985, se utilizó el primer haz de iones para experimentos, procediéndose a la inauguración oficial un año después, luego de la publicación del primer trabajo de investigación.

Construccion del tanque

SISTEMA DE PULSADO

SISTEMA DE GENERACION DE IONES

El sistema de generación de iones, (o inyector), es un conjunto de equipos diseñados para la obtención y conformación de haces de iones negativos y para su inyección en el acelerador.
Sus elementos constitutivos son la fuente de iones, la óptica electrostática necesaria para la extracción, enfoque y preaceleración de los mismos, un imán doblemente focalizante de 90° y ME/Z2= 12, con resolución 1/150, el sistema de vacío, las fuentes de alimentación y el sistema de control para todo el conjunto.

Todo el sistema está diseñado para operar a 300 kV negativos en un ambiente de aire limpio y seco.

La provisión original del acelerador incluía tres tipos distintos de fuentes de iones negativos, con el objeto de cubrir todos los elementos acelerables de la tabla periódica. Estas fuentes son una de tipo duoplasmatrón (fundamentalmente para protones y deuterones), una tipo alphatross (para acelerar helio) y otra de sputtering, para el resto de los elementos. Actualmente se utiliza con exclusividad una nueva fuente de sputtering, que permite obtener todos los tipos de iones requeridos.

SISTEMA DE PULSADO

Dado que el inyector genera haces de corriente continua, es conveniente contar con un sistema que permita, si se lo requiere, pulsar el haz, con el objeto de irradiar un blanco durante cortos períodos de tiempo y efectuar mediciones sin perturbaciones, mientras dura la interrupción.

Este sistema, que puede ser utilizado tanto para iones livianos como para pesados, está ubicado a la entrada del acelerador y se encuentra en etapa de desarrollo.

COLUMNA ACELERADORA

SISTEMA DE ACELERACION

El principio de funcionamiento que permite la aceleración de iones, se basa en el uso de un intenso campo eléctrico que actúa sobre ellos imprimiéndoles gran velocidad y por ende energía.

La columna aisladora del acelerador, dispuesta en forma vertical debajo del inyector, está constituída por cuarenta módulos de aluminio, separados entre sí por postes aisladores de 60 cm de alto. El terminal de alta tensión, un cilindro hueco de acero inoxidable de 2,44 mts de diámetro y 4,88 mts de altura, se encuentra ubicado en el medio de esta columna, determinando una zona de baja energía, (por encima del mismo), y una zona de alta energía, (por debajo). El diámetro de la columna es de 2,15 mts, y la altura total es de 34,84 mts.
Cada módulo de aceleración puede soportar una tensión de hasta 1 MV, resultando así en una tensión del terminal de 20 MV. También hay instaladas cuatro secciones muertas, (no aceleración), donde se ubican sistemas de vacío de los tubos y elementos de focalización y control del haz.

Para cargar eléctricamente al terminal, se utilizan actualmente dos cadenas tipo Pelletron capaces de transportar hasta 200 mA de carga, accionadas por un motor de 15 HP ubicado a nivel de tierra en la columna de baja energía. La estabilización de la tensión del terminal se logra utilizando un triodo corona controlado por un par de ranuras ubicadas a la salida del imán analizador o bien por un sistema que mide la tensión del terminal en forma indirecta.

La potencia necesaria para la alimentación de todos los elementos que se encuentran en el interior de la columna aceleradora se obtiene de generadores de 400 hz y 5 kVA que se encuentran en las secciones muertas y el terminal, y que son accionados por sendos ejes rotatorios de lucite movidos por dos motores de 25 HP ubicados uno en cada extremo de la columna.
Los tubos de aceleración, dentro de los cuales se confina el haz de iones, operan a una presión interna medida en el rango de 10-8 mbar, debiendo soportar una presión externa de hasta 10 atm. El vacío en los tubos se mantiene mediante la utilización de bombas iónicas.

Además de elementos de vacío, monitoraje y focalización, el terminal alberga dos sistemas de intercambiadores de carga que se utilizan a elección, (uno sólido, con folias de carbono, y uno gaseoso, con nitrógeno como gas de intercambio). Estos sistemas son fundamentales, ya que actúan sobre los iones incidentes de manera tal que remueven los electrones periféricos, transformando así los iones de simplemente negativos en varias veces positivos, con la consecuente ganancia de energía en la etapa de alta energía de la columna. (Recordar que E = q.DV).

Intercalado en esta etapa de alta energía, se encuentra otro intercambiador sólido que puede utilizarse con el propósito de incrementar aún más la energía de los iones emergentes.
Dado que es necesario proveer el acceso a distintos sectores de la columna de aceleración a los efectos de realizar servicios y reparaciones, se utilizan a tal fin una plataforma anular móvil que rodea toda la columna y un elevador unipersonal que se desplaza en el interior de la misma.

Chispa dentro del tanque

Columna aceleradora

TANQUE DE PRESION
SISTEMA DEL GAS SF6

TANQUE DE PRESION DEL ACELERADOR

A los efectos de lograr y mantener una tensión de 20 MV en el terminal del acelerador, se hace necesario emplazar este en una atmósfera de altas propiedades dieléctricas que impida la descarga del mismo en forma de chispas.

Para ello, toda la columna aceleradora está contenida en un tanque cilíndrico de presión de 7,6 mts de diámetro por 36,3 mts de altura, con un espesor de pared de 38 mm. Este tanque de acero se presuriza con hexafluoruro de azufre (SF6), hasta una presión máxima de 10 atm.

El acceso al interior del tanque se realiza a través de cinco compuertas con cierre de seguridad, que permiten alcanzar los ascensores de servicio.

Existen, por otra parte, gran cantidad de bridas y conexiones que permiten la comunicación entre el interior y el exterior del tanque.

SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE SF6

En la presurización normal del tanque del acelerador entran en juego aproximadamente sesenta toneladas de SF6 que hay que retirar del mismo y almacenar cada vez que sea necesario acceder a la columna aceleradora.

A tal fin se usa un sistema que mediante el uso de compresores de pistón seco y bombas de vacío tipo Roots, permite evacuar el tanque y llevar el gas a los tanques de almacenamiento en aproximadamente 24 horas.

El sistema está diseñado para minimizar las pérdidas de SF6 y evitar su contaminación con aceite o aire. Las bombas Roots también se encargan de extraer el aire del tanque previo a su rellenado con SF6.

El almacenamiento se realiza en fase gaseosa y para ello se cuenta con dos tanques esféricos de acero de 31 mm de espesor de 520 mts3 cada uno, con una máxima presión de trabajo de 23 atm.

Asimismo existe un sistema cuya función es recircular en forma continua el SF6 a través de dos lechos de alúmina. Esta operación se realiza mientras el acelerador está en operación y el objeto es eliminar la humedad y los productos de descomposición del gas que pudiera haber presentes. También se enfría el gas por medio de un intercambiador de calor, previamente a su reingreso al tanque con el fin de refrigerar los elementos que se encuentran en el interior del mismo.

Compresores

IMAN ANALIZADOR
SALA DE CONTROL

IMAN ANALIZADOR

Es un imán doblemente focalizante con una relación ME/Z2 = 500, un radio de curvatura de 2 mts. y una distancia focal objeto-imagen de 6,1 mts. La intensidad máxima de su campo magnético es de 16 kGauss.

El imán está montado sobre una base giratoria que permite dirigirlo y alinearlo con cada una de las distintas líneas experimentales. El conjunto tiene un peso total de aproximadamente 18 tn.

Además de la salida de 90° existen salidas de la cámara del imán a 15° y 0°, previstas para el análisis de haces moleculares pesados.

Iman Analizador

SISTEMA DE CONTROL

La operación del acelerador se realiza mediante un sistema de control, que permite ejecutar todas las maniobras de obtención del haz y su transporte hasta el blanco desde una Consola de Operación

El actual sistema de control del acelerador fue desarrollado recientemente en el Laboratorio y está basado en una PC 486 con un monitor de alta resolución y una interface PC-CAMAC. El software fue escrito en Visual Basic y corre bajo Windows. Asimismo el anterior enlace con el terminal de alta tensión, que se hacía mediante un lazo infrarrojo, fue reemplazado por un sistema de fibras ópticas

Sala de control del Analizador

COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA
CENTRO ATOMICO CONSTITUYENTES

Av. Gral Paz y Constituyentes, San Martín, Pcia. de Buenos Aires, Argentina
Tel: (54-11) 6772-7007 - Fax: (54-11) 6772-7121

Se realizan tareas de investigación básica y aplicada, tanto teórica como experimental, en áreas de física nuclear, materia condensada, energía solar, desarrollos técnicos, servicios y formación de recursos humanos a nivel de grado y de posgrado. Además de la actividad tradicional en estructura y reacciones nucleares y materia condensada, la Unidad de Actividad está trabajando fuertemente en temas de sistemas complejos, superconductividad de alta temperatura crítica, energías intermedias y astropartículas. Esta unidad tiene a su cargo la operación del Laboratorio Tandar.

Se mantienen fuertes lazos con la comunidad científica internacional y gran parte de las investigaciones se realizan en colaboración con científicos extranjeros.

Se trabaja también en el desarrollo y aplicación de técnicas nucleares de alta precisión útiles en otras disciplinas científicas y/o aplicables a la resolución de problemas de impacto social directo. También se prestan servicios especializados: espectroscopía Mössbauer, análisis por rayos X, análisis multielemental con la técnica PIXE, electrónica, alto vacío, implantación iónica, recubrimientos, diseño de sistemas solares y medición de dispositivos fotovoltáicos

Y para los aprendices de Físicos, no se pierdan el Laboratorio Cero, que incluye visitas de colegios secundarios al Tandar.

Y no podiamos olvidarnos del mas moderno el Sincrotron Alba de Barcelona España.

España estrena su gran máquina de rayos X

Bibiografia.
Wikipedia.org
Taringa.net
Teknociencia.com

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