¿Qué son los aceleradores de partículas?

Partes principales de los aceleradores de partículas

Los aceleradores de partículas producen y aceleran haces de partículas cargadas, tales como electrones, protones e iones, de tamaño atómico y subatómico. Se utilizan no solo en la investigación básica para entender mejor la materia, sino también en un sinfín de aplicaciones socioeconómicas relacionadas con los campos de la salud, la monitorización radiológica del medio ambiente, la calidad de los alimentos, las tecnologías aeroespaciales y para la producción de energía, entre otros.

Los aceleradores de partículas pueden ser lineales (rectos) o circulares, y su tamaño varía: pueden tener decenas de kilómetros de longitud o caber en una habitación pequeña. Todos ellos, sin embargo, constan de los siguientes cuatro componentes principales:

1 una fuente que produce las partículas cargadas;

2 un dispositivo compuesto que carga las partículas de energía y las acelera aplicando un campo eléctrico estático u oscilante;

3 una serie de tubos metálicos en los que se han aplicado tecnologías de vacío para que las partículas se muevan libremente sin colisionar con moléculas de aire o polvo, lo cual podría disipar el haz, y

4 un sistema de electroimanes que dirigen y centran los haces de partículas o que cambian la trayectoria de estos antes de que sean bombardeados en la muestra que sirve de blanco.

Usos de los haces de partículas

SALUD

Los haces se utilizan para esterilizar equipo médico y producir los radioisótopos necesarios para sintetizar los radiofármacos que se usarán en el diagnóstico y el tratamiento del cáncer. Los aceleradores de grandes dimensiones pueden destruir células cancerosas, desvelar la estructura de proteínas y virus y perfeccionar vacunas y nuevos fármacos.

INVESTIGACIÓN

Algunos aceleradores, los más grandes, se utilizan para hacer que las partículas subnucleares colisionen a fin de ampliar nuestro conocimiento del universo. Algunos de estos aceleradores también se usan para producir neutrones.

MEDIO AMBIENTE

Los haces de protones pueden emplearse para detectar oligoelementos químicos presentes en el aire, el agua o el suelo. Por ejemplo, pueden mostrar la tasa de concentración y la composición de distintos contaminantes, y ofrecer una indicación clara de la calidad del aire.

INDUSTRIA

Los haces pueden interactuar con los átomos de un material que sirve de blanco, por ejemplo, para hacer que este material sea más duradero.

Tipos de aceleradores de partículas

IMPLANTADORES IÓNICOS

Estos aceleradores se usan ampliamente en la industria para, por ejemplo, lograr que los materiales sean más resistentes a los daños debidos al uso y el desgaste. Existen en todo el mundo unos 12 000 implantadores iónicos que ayudan a fabricar semiconductores para teléfonos inteligentes y paneles solares, así como para endurecer acabados de metal, cerámica o vidrio. Los implantadores iónicos pueden, además, mejorar la fiabilidad de los materiales utilizados en los implantes de uso médico.

ACELERADORES DE HACES DE ELECTRONES

There are almost 10 000 electron beam accelerators in operation globally. They can, for example, help make materials more durable in extreme temperatures, or resistant against chemicals. Electron beams are also used for sterilizing medical products and foods, and to disinfect sewage water. They are used widely in the automotive and aerospace industries, for machine construction, and by medical product manufacturers.

LINAC

Los aceleradores lineales (o linac) pueden tener una longitud de unos pocos metros o de varios kilómetros. Muchos de ellos se usan en la investigación científica. Los aceleradores lineales instalados en los hospitales emiten rayos X que se dirigen a las células tumorales para destruirlas. En todo el mundo, hay unos 1000 aceleradores lineales de uso médico en funcionamiento.

CICLOTRONES

Los más de 1200 ciclotrones existentes en todo el mundo crean haces de protones o de deuterones para usos médicos. Producen los radioisótopos que se utilizan en imagenología médica para el diagnóstico y el tratamiento del cáncer. Muchos ciclotrones se encuentran en hospitales y su finalidad es producir radiofármacos a partir de radioisótopos de periodo corto.

SINCROTRONES

Los sincrotrones, de los que hay más de 70 en todo el mundo, son los aceleradores de partículas de mayores dimensiones. Se utilizan para la investigación científica y nos ayudan a entender las leyes fundamentales del universo. Los científicos usan los sincrotrones para llevar a cabo estudios en las esferas de la química, la biomedicina, el patrimonio natural y cultural, el medio ambiente y muchas otras.

ACELERADORES ELECTROESTÁTICOS

Estos aceleradores, en particular los aceleradores tándem, son menos costosos, y los científicos los usan para investigar las propiedades de los materiales, monitorizar el medio ambiente, prestar apoyo a investigaciones en el campo de la biomedicina o estudiar objetos del patrimonio cultural, entre otras cosas. Actualmente existen 300 máquinas de estas características en todo el mundo, y los expertos prevén que este número aumente en los próximos años.

Hoy en día hay más de 20 000 aceleradores en funcionamiento en todo el mundo