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• Oscar Cruz Jiménez

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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Culhuacán

Electricidad y Magnetismo

Ciclotrón Nombre: Oscar Cruz Jiménez Carrera: Ingeniería en Computación Grupo: 2CM2 Profesora: Edna Carla Vasco Méndez

Introducción. El ciclotrón fue creado por Ernest Lawrence, con ayuda de su tutelado, Stanley Livingston, en 1929-1930, pero no se patentó hasta 1934. Fue el primer acelerador que por medio de la aceleración múltiple de los iones logró alcanzar elevadas velocidades si hacer uso de altos voltajes, tal y como funcionaba el acelerador lineal de Rolf Winderöe un año antes, gracias a un campo magnético constante.

Ernest Lawrence (1901-1958): Científico norteamericano galardonado en el Premio Nobel de Física en 1939 por la invención y desarrollo del ciclotrón

La primera versión estaba hecha de alambre y cera. Lawrence aplicó 2KeV voltios de electricidad, consiguiendo acelerar protones a 80 KeV. Primer ciclotrón .

Un ciclotrón es un acelerador de partículas que se basa en que el periodo de rotación de una partícula cargada en el interior de un campo magnético uniforme es independiente del radio y de la velocidad:

de este modo las partículas cargadas se introducen en un dispositivo con forma de "D" y son aceleradas con un voltaje alterno de frecuencia exactamente igual a wc. A cada mitad de vuelta la "D" contraria cambia de polaridad dando un nuevo "empujón" y comunicando a la partícula una energía qDV. La velocidad de la partícula crece de este modo adquiriendo un valor v = wr igual a:

En otras palabras el ciclotrón es un acelerador de partículas circular que, mediante la aplicación combinada de un campo eléctrico oscilante y otro magnético consigue acelerar los iones haciéndolos girar en órbitas de radio y energía crecientes. Los principales componentes y sistemas de un ciclotrón son:

El imán: Normalmente de tipo resistivo. Un polo sobre las “D” (Norte) y otro debajo (Sur), generando un campo magnético, perpendicular a la partícula y uniforme, para confinar el haz de partículas. A medida que ganan energía el campo les obliga a describir una trayectoria espiral creciente. Electrodos huecos: Tienen forma de “D”, se encuentran ligeramente separados y están conectados a un oscilador de alto voltaje. Alternando la carga positiva y negativa a estas “des” conseguimos acelerar la partícula. La fuente de iones: Está formada por cátodos para la producción de protones y deuterones. Estos iones son insertados radialmente en la zona central del imán. Sistema de extracción del haz: Se encarga de dirigir el haz de iones hacia el blanco utilizando una placa con voltaje negativo una vez que las partículas han llegado al borde externo de las D. Blancos: Es el lugar donde las partículas impactan. Detectores: Registran la emisión de energía de la sustancia radiactiva, el tipo de partícula, así como los niveles de radiactividad. Sistema de vacío: Su finalidad es la de evitar que los iones acelerados colisionen con átomos de gases residuales, con el fin de evitar la creación de neutrones que dejarían de ser acelerados. Sistema de refrigeración: Su finalidad es controlar y mantener la temperatura correcta, así como llevar a cabo la desionización del agua utilizada para dicha función.

Tipos de ciclotrones: Existen dos tipos, según el plano de giro:  

Ciclotrón vertical: La trayectoria seguida por la partícula está contenida en el plano vertical. Ciclotrón horizontal: La trayectoria seguida por la partícula está contenida en el plano horizontal.

La principal diferencia entre ellos es que el manejo de las “D” es más complicado en el ciclotrón horizontal. Existen ciclotrones blindados con el fin de proteger a los trabajadores de la radiación producida.

Los fines de este acelerador son: 1.- Producción de los radioisótopos necesarios para las exploraciones con la técnica de tomografía de emisión de positrones (PET), y síntesis de los radiofármacos marcados con 11C, 13N, 15O, 18F. 2.- Técnicas de irradiación con protones de materiales de interés tecnológico y/o biológico para estudios de daño por irradiación e implantación iónica (línea de haz externo de investigación) . 3.- Exploraciones de pacientes por técnica PET. 4.- Exploraciones de roedores por técnica PET en escáner específico (microPET) para investigación. 5.- Estudio y desarrollo de nuevos fármacos para la técnica PET.

Fuentes consultadas http://acdc.sav.us.es/cna/ http://el-ciclotron.blogspot.mx/