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SINCROTRON

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by

Liliana Hernandez Morales

on 12 October 2013

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Transcript of SINCROTRON

Sincrotrón
Integrantes:

Alcocer Vizcarra Rafael
Bustos Guadarrama Sayra
Flores Rábago Juan
Hernandez Morales Liliana Gpe.
Reyes Gonzalez Jonathan
Sucilla Martinez Kelvin
Zenaido Guillen Miguel A.
¿Qué es?
Un sincrotrón es un
acelerador de partículas

Los aceleradores de partículas son instrumentos que al utilizar campos electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente hacen que éstas choquen entre sí y alcancen velocidades cercanas a la luz, además de energías muy altas
Hay dos tipos de aceleradores de partículas:
LINEALES
CIRCULARES
Esquema simplificado del sincrotrón ALICE del LHC o Gran Colisionador de Hadrones
¿Cómo funciona?
*Anillo enorme en el que giran electrones a una velocidad muy cercana a la de la luz
*Permite ver estructuras invisibles con luz normal

*Dispara" un haz de electrones que se aceleran en un acelerador lineal

*99'999% de la velocidad de la luz

*Anillo gigantesco que sirve como almacén

*Hay una serie de conductos situados de forma tangente al círculo por donde se "escapa" la luz
¿Qué se hace con la luz extraída?


sus ondas son casi un billón de veces más intensas que las de la luz normal

la longitud de onda de esa luz es más pequeña que la luz normal

luz de sincrotrón
Componentes
Fuente de particulas
Para la producción de electrones se suelen utilizar cátodos termoiónicos o cátodos fríos o fotocátodos. Los positrones se producen haciendo incidir un haz de electrones acelerados sobre un material metálico. Las fuentes de protones son muy diversas; se suelen extraer de un plasma, generado, por ejemplo, a partir de una descarga o radiación de microondas aplicados a un gas. Los antiprotones se producen de manera parecida a los positrones, haciendo chocar un haz de protones con un metal pesado
Imagen de un catodo termoiónico
Imagen de un amplificador fotocatódico
Imagen del efecto fotoelctrico
Aceleradores auxiliares: LINACS y boosters
Al contrario que los ciclotrones, los sincrotrones no son capaces de acelerar las partículas a partir de baja energía, por lo cual la aceleración se realiza por etapas. El haz de partículas se acelera inicialmente usando una fuente de alto voltaje oscilando a radio frecuencias. Las partículas se inyectan en un acelerador linear o LINAC, y de ahí pasan a un sincrotrón llamado booster donde adquieren su energía final; las partículas así aceleradas se inyectan al sincrotrón principal o anillo de almacenamiento, donde circulan a una energía fija. En un sincrotrón típico, el LINAC imparte a los electrones una energía entre 0.1 y 1 GeV, y el booster los acelera hasta la energía final de unos pocos GeV. El Gran Colisionador de Hadrones, que opera con protones de 7 TeV, requiere tres sincrotrones auxiliares.
booster de un colisionador de particulas
Elementos magnéticos
Los sincrotrones modernos utilizan dipolos, llamados imanes curvadores —bending magnets— para curvar la trayectoria del haz de partículas y cuadrupolos y sextupolos para mantener el haz enfocado. Esta disposición mantiene el haz colimado, importante tanto para maximizar el número de colisiones de partículas, como para producir luz sincrotrón coherente y concentrada. Los imanes sextupolos se utilizan para corregir las aberraciones de los cuadrupolos.
En los sincrotrones modernos utilizados para la producción de luz sincrotrón, los imanes se suelen disponer en diversas configuraciones, con el objetivo de lograr un haz de radiación lo más brillante posible.

Imanes del anillo de almacenamiento delSincrotrón Australiano. En primer plano, un sextupolo (en verde), seguido por un dipolo (en amarillo) y, parcialmente oculto detrás de este, un cuadrupolo (en rojo).
Al atravesar los imanes curvadores, wigglers y onduladores, las partículas emiten radiación en un amplio rango de longitudes de onda. La radiación ultravioleta y de rayos X emitida por los sincrotrones puede ser utilizada para varios experimentos. Las líneas de luz consisten en una cavidad en vacío para transportar esta radiación hasta las muestras que se pretende estudiar y varios instrumentos para modificar y adaptar las propiedades de la radiación, como espejos, para enfocar el haz de radiación y monocromadores para seleccionar determinadas longitudes de onda. La configuración específica de una línea de luz depende del tipo de experimento al que esté destinada y a las características del sincrotrón.
Líneas de luz sincrotrón
Aplicaciones
Las características tan especiales de la radiación de sincrotrón definen con precisión las áreas de empleo. Los médicos la usan en la microtomografía que tiene una resolución mil veces mejor que la tomografía ordinaria.
Gracias al sincrotrón se construirán materiales cerámicos, conductores e instrumentos ópticos de precisión. Sus aplicaciones serán útiles para la industria farmacéutica, el diseño de microcircuitos, el estudio de tejidos vegetales y el tratamiento de tumores.
El sincrotrón permite analizar con precisión y rapidez las moléculas y los átomos. Por esta razón estos instrumentos se denominan 'super microscopios'.
Se estudiarán proteínas para productos terapéuticos, nuevas aleaciones y semiconductores. Asimismo permitirá el diagnóstico precoz de células tumorales.
El sincrotrón permitirá conocer en profundidad la estructura de la materia, como los cristales de proteínas y macromoléculas, y avanzar en campos científicos muy variados, como la nanotecnología.
Aplicaciones de mayor impacto
Se podrán ver las células en tres dimensiones
analizar las estructuras moleculares de un fósil
conocer la contaminación del suelo o del aire de una forma hasta ahora imposible
También tendrá aplicaciones «sorprendentes y desconocidas» en el ámbito de la pintura y la industria cosmética.
• Biología molecular: para estudiar las proteínas y los virus y ayudar a diseñar nuevos fármacos.
• Terapia médica: los rayos X que emite un sincrotrón pueden tener aplicaciones en la imagen médica y en determinadas terapias.
• Ciencias ambientales: para determinar la estructura de los contaminantes.
• Ciencias de los materiales: para estudiar sus propiedades.
Aplicaciones en Nanotecnología
Una de las herramientas más útiles en la ciencia de materiales, la física y la moderna nanotecnología es la radiación sincrotrón. Mediante esta potentísima herramienta es posible hacer todo tipo de experimentos relacionados con la interacción de la luz con la materia.
Sin el Sincrotrón muchos de los avances en la actual Nanotecnología no habrían sido posibles.
Las instalaciones de sincrotrón tienen “líneas” o brazos de inserción de luz (por los que se inyecta luz en los experimentos) dedicados específicamente a cada tema: materiales, difracción superficial, líneas médicas y biológicas, etc.
DESY
(Alemania)
SOLEIL
(Francia)
ESRF

(Francia
)
APS

(EE.UU)

ALS

(EEUU)
ELETTRA
(Italia)
SPring 8

(Japón)
LHC
(Suiza)
SLS
(Suiza)
CLS
(Canadá)

LNLS

(Brasil)
MAX-Lab
(Suecia
ALBA

(España)
Sincrotrones en el mundo
Presentan proyecto para hacer sincrotrón en México

Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón.
LNLS opera el único sincrotrón de luz en latino américa. Diseñado y construido por tecnología brasileña, LNLS fue inaugurado en 1997 con instalaciones abiertas para los científicos y para la comunidad de empresas a través del país.
Las instalaciones son utilizados anualmente por cerca de 2.700 investigadores brasileños y extranjeros, el compromiso de más de 500 estudios que se traducen en aproximadamente 250 artículos publicados en revistas científicas. Alrededor del 20% de estos estudios son propuestos por los extranjeros. El laboratorio también ha sido un socio de desarrollo de proyectos nacionales de la industria de energía, productos químicos y áreas de productos farmacéuticos, entre otros.
El Laboratorio integra el Centro Brasileño de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM), junto con otros tres laboratorios nacionales: Ciencia y Tecnología de Brasil Bioetanol (CTBE), el Laboratorio Nacional de Biociencias brasileño (LNBio) y el Laboratorio Nacional de Brasil Nanotecnología (LNNano).
La construcción de un sincrotrón permitiría al país generar investigación de punta para las industrias farmacéutica y petrolera, entre otras.
El proyecto plantea que su construcción tomaría alrededor de seis años, con una inversión estimada entre 3,000 millones y 4,000 millones de pesos. Existen alrededor de 60 sincrotrones en el mundo. “México es de los únicos países dentro de las 15 economías más fuertes que aún no cuentan con uno”
“Sería una inversión pequeña [0.004% del PIB], pero sería la inversión más grande que el país ha hecho en toda su historia para un sólo proyecto”, agregando que “quizás no deberíamos preguntarnos cuánto nos costará el sincrotrón, sino cuánto nos cuesta no tenerlo”. Matías Moreno, investigador del Instituto de Física de la UNAM





Las instalaciones de un sincrotrón permiten correr simultáneamente decenas de experimentos, con aplicaciones en áreas que van de la Física, Biología y Arqueología a la industria de microcomponentes, farmacéutica y petrolera, indicando que lejos de ser instalaciones que cierran con el transcurso del tiempo los sincrotrones tienen una amplia variedad de aplicaciones que garantizan su utilidad por varios años.
EQUIPO G
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