¿Cuáles son algunas aplicaciones prácticas de los aceleradores de partículas?

Bueno, salvan vidas. Todos los días. ¿Eso es lo suficientemente bueno?

El campo de la medicina nuclear utiliza aceleradores para producir radioisótopos sintéticos. Se usan tanto para detectar enfermedades (como trazadores, que puede observar mientras fluyen a través del cuerpo sin abrirlo, y para medir el metabolismo) y curarlo (especialmente el cáncer, pero también la artritis y otras indicaciones). La radiofarmacología tiene un buen resumen de literalmente decenas de usos.

No se necesita el Gran Colisionador de Hadrones para producirlos. Pero los primeros aceleradores también fueron, como el LHC, simplemente una cuestión de responder preguntas abstractas. Nadie podría haber previsto la amplia gama de usos que nos ha llegado de la física puramente teórica: láseres, computadoras, imágenes médicas, y sigue y sigue y sigue y sigue.

¿Para qué sirve el LHC? No tengo idea. Si lo hiciera, ya lo estaría haciendo. El objetivo de la ciencia básica es decirnos cosas que ni siquiera sabíamos que podríamos estar haciendo. Y dada la extraordinaria cantidad de vidas salvadas y los billones de dólares en actividad económica generados, es difícil imaginar un uso más productivo de dólares de investigación pura que la física experimental. Decir “Eso no tiene ningún uso” es como decir: “Gracias, Ciencia, pero has hecho lo suficiente y no quiero más cosas ingeniosas”.

Tengo algunos bajo la manga en este momento.

En mi línea de trabajo, con mucho, el método más poderoso e interesante (y costoso, pero definitivamente vale la pena) para generar rayos X es mediante el uso de un acelerador de partículas, que genera radiación sincrotrón.
Esta madre puede generar de todo, desde radiación ultravioleta extrema hasta alta radiación gamma, con MOAR POWWAH que cualquier otra cosa que hayamos construido.

La radiación sincrotrón es increíblemente útil. Hasta ahora, es la única fuente de rayos X lo suficientemente potente como para monocromatizar el haz (es decir, solo tomar rayos X de una sola energía) y barrer qué energía exacta está mirando con suficiente resolución para realizar la espectroscopía XANES, que es la única forma no destructiva que conozco para examinar experimentalmente los estados de oxidación de elementos en una muestra.

Lo que es aún más interesante es el desarrollo de imágenes espectroscópicas, que están obteniendo una buena visión de la química por imagen. Hasta ahora, las mejores imágenes que podemos obtener vendrán inevitablemente de un sincrotrón. Las aplicaciones de las imágenes espectroscópicas son fantásticamente útiles sin importar qué tipo de espectroscopía esté utilizando, pero en este caso estoy interesado en la espectroscopía de fluorescencia de rayos X y la espectroscopía de absorción de rayos X.

Por ejemplo, cuando se examina un hueso enfermo para comprender cómo funciona el transporte de elementos (increíblemente útil para la investigación médica), simplemente obtener una imagen no es suficiente; obtener una imagen que indique dónde están todos sus elementos es lo que desea.
Imagen del contenido de estroncio en una muestra de hueso, en comparación con la misma muestra sin imágenes espectroscópicas.

Agregue las capacidades de XANES y no solo tendrá acceso a la imagen espectroscópica estándar que revela elementos, sino que incluso puede obtener imágenes de los estados de oxidación de los elementos. Entonces, si, por ejemplo, estaba interesado en el cromo hexavalente en lugar de su contraparte más segura, las imágenes XANES podrían mostrarle dónde está en su muestra e identificar qué parte es cuál. O si estaba estudiando baterías, las imágenes de XANES podrían decirle qué parte de su contacto es níquel y qué parte es óxido de níquel.


Como otro ejemplo, sé que los aceleradores de partículas se están utilizando como sustitutos de los isótopos radiactivos en muchos hospitales de alta gama para generar radiación gamma para el tratamiento del cáncer. La explosión de cánceres con haces de electrones en lugar de radiación gamma también es bastante efectiva para los cánceres localizados.

Deje que los físicos de partículas tengan sus juguetes. Nunca se sabe qué tipo de cosas increíbles podremos hacer con ellos más adelante.

¡¡¡Demasiados!!!
Los aceleradores se usan para
(1) tratamiento del cáncer
(2) irradiación de productos alimenticios para mejorar la vida útil, neutralizar los patógenos y matar las bacterias dañinas
(3) plantas de tratamiento de agua
(4) La industria de cables y alambres los usa para la reticulación del aislamiento
(5) Coloración de diamantes y otras gemas
(6) Estudio de la propiedad del material, así como el desarrollo de nuevos materiales.
(7) Los artículos electrónicos y eléctricos se prueban para verificar su capacidad de funcionamiento en transbordadores espaciales.
y muchos más 🙂

Agregaría que durante más de medio siglo, casi todos los hogares del mundo desarrollado (y muchos hogares en el mundo en desarrollo) tuvieron al menos un acelerador de partículas, acelerador de electrones para ser precisos, instalado en un lugar prominente en la sala de estar. Inicialmente, estos electrones acelerados a unos pocos keV, más tarde, con la introducción del color, a unos 25 keV. Por supuesto, estoy hablando del tubo de rayos catódicos en los televisores, una vez omnipresente, pero recientemente reemplazado por paneles planos … aunque probablemente haya decenas, si no cientos de millones de televisores CRT en todo el mundo que todavía se usan todos los días.

Me viene a la mente el tratamiento del cáncer. También la producción de isótopos raros.

Construí este para dividir el agua destilada, en gas HHO, usando ondas de radio AM. Es relativamente eficiente, en comparación con la electrólisis de CC.