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Editorial Sitio Web de Innovación Tecnológica – 29/11/2023
Arriba: Ilustración de electrones “saltando” dentro de la cámara principal de un pequeño acelerador de partículas.
Abajo: esquema del microacelerador, que contiene una celda de gas, un imán dipolo y dos pantallas fluorescentes (DRZ1 y DRZ2). Toda la composición se coloca dentro de cámaras de vacío. Los rayos láser y de electrones se propagan de derecha a izquierda.
[Imagem: Constantin Aniculaesei et al. – 10.1063/5.0161687/TAU Systems]
Acelerador de partículas en miniatura
Los aceleradores de partículas son esenciales para el estudio y desarrollo de semiconductores y nuevos materiales, además de generar imágenes médicas y aplicar tratamientos, y tienen potencial para otras innumerables aplicaciones en energía y medicina.
La desventaja es que los aceleradores son enormes, ocupan instalaciones medidas por kilómetros, lo que los hace costosos y limitados a unos pocos laboratorios y universidades.
La buena noticia es que los pequeños aceleradores de partículas están claramente avanzando: un equipo de Europa y Estados Unidos acaba de presentar un minúsculo acelerador de sólo unos pocos centímetros de largo y que alcanza una energía de 10 GeV (mil millones de electronvoltios).
Actualmente sólo hay otros dos aceleradores operativos en Estados Unidos que pueden alcanzar energías tan altas, pero ambos tienen unos 3 kilómetros de largo.
«Ahora podemos alcanzar estas energías del orden de 10 centímetros», dijo Björn Hegelich de la Universidad de Texas en Austin, refiriéndose al tamaño de la sala en la que se produce y acelera el rayo: toda la instalación tiene unos 20 metros de largo. .
Arriba: el núcleo del microacelerador está configurado encima de una mesa óptica.
Abajo: Celda de gas, componente principal del acelerador láser compacto del campo de nubes.
[Imagem: Bjorn Manuel Hegelich/TAU Systems]
Acelerador láser de campo eléctrico oscilante
Nombre técnico del nuevo acelerador láser de campo eléctrico oscilante. El concepto de aceleradores láser con campo eléctrico oscilante (o campo de arrastre) se conoce desde hace más de 40 años, pero desde entonces se ha ido perfeccionando.
Su principio básico consiste en dirigir un láser a una cámara que contiene gas helio, que el láser calienta hasta que se produce plasma. Esto crea ondas que expulsan electrones del gas, generando un haz de electrones de alta energía. El láser actúa como un barco que se desliza sobre un lago, dejando tras de sí un rastro (un campo de nubes) y los electrones viajan en esta onda de plasma como si fueran surfistas.
El equipo ya está explorando el uso del microacelerador para una variedad de propósitos, incluyendo probar qué tan bien la electrónica espacial puede resistir la radiación y obtener imágenes de las estructuras internas en 3D de nuevos diseños de chips semiconductores. Las aplicaciones futuras también incluyen el desarrollo de nuevos tratamientos contra el cáncer y tecnologías avanzadas de imágenes médicas.
Este tipo de acelerador también se puede utilizar para activar otro dispositivo, llamado láser de electrones libres de rayos X, que permite grabar películas en cámara lenta de procesos a nivel atómico o molecular. Ejemplos de estos procesos incluyen interacciones entre medicamentos y células, interacciones dentro de baterías que pueden provocar incendios, reacciones químicas dentro de paneles solares y proteínas virales que cambian de forma cuando infectan células.
condición: Aceleró un grupo de electrones altamente cargados a 10 GeV en un acelerador Wakefield impulsado por nanopartículas con un diámetro de 10 cm.
Autores: Constantine Anicolisi, Thanh Ha, Samuel Yoffie, Lance Labone, Stephen Milton, Edward McCarey, Michael M. Spinks, Hernán J. Quevedo, O. Z. Labon, Ritwik Sen, Andrea Hannasch, Rafal Zagadzai, Isabella Pagano, José A. Franco Altamirano, Martín L. Ringette, Erhart Juhl, Scott V. Luedtke, Ganesh Tiwari, Bernhard Ersfeld, Enrico Brunetti, Hartmut Röhl, Todd Dittmer, Sandra Bruce, Michael E. Donovan, Michael C. Downer, Dino A. Jaroszynski, Björn Manuel Hegelich
Revista: Materia y radiación al extremo
Volumen: 9, 01400
doi: 10.1063/5.0161687
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