¿Cómo se aceleran las partículas en un acelerador de partículas?

Para más detalles, vea las otras excelentes respuestas. Para lo básico:

Tome una partícula cargada como un electrón o un protón o incluso un ion y coloque dos placas a cada lado. Si coloca un voltaje sobre estas placas, la partícula será atraída a una de las placas. Las partículas positivas se mueven a la placa negativa y las partículas negativas se mueven a la placa positiva.

Una vez que la partícula golpea la placa, la partícula se ha acelerado pero la historia termina allí.

Ahora, si eres inteligente, haces un agujero en esa placa y justo cuando la partícula llega al agujero en la placa, apagas el voltaje. ¡La partícula seguirá moviéndose!

Aún más inteligente, invierta la polaridad de las placas y la partícula pasará por el agujero y será empujada hacia el otro lado porque la placa ahora tiene la misma polaridad que la partícula.

Aún más inteligente, puede colocar un segundo o más conjuntos de placas con agujeros después del primer conjunto y siempre que cambie el voltaje cada vez que la partícula atraviese la placa, puede continuar la aceleración en cada etapa. Entonces la partícula continúa acelerando en línea recta.

Este es un acelerador lineal, o LINAC como los llamamos.

Si desea construir un acelerador como el LHC (es decir, circular), debe doblar un poco la trayectoria de la partícula con imanes. De esta manera, puede colocar las placas eléctricas en un gran círculo y la partícula ahora puede acelerarse en un círculo para siempre.

Como está acelerando la partícula, el tiempo que tarda en atravesar las placas se acorta, por lo que deberá cambiar el voltaje de la placa más rápido para mantenerse sincronizado. Y dado que la partícula va más rápido, necesitará aumentar el campo magnético para doblar la trayectoria de la partícula y mantenerla en la órbita circular.

Eso es todo; ahora tienes un acelerador de partículas circular.

Pocos conceptos básicos que necesita saber:

1. La energía de las partículas aumenta con los campos eléctricos y son dirigidos y enfocados por campos magnéticos.

2. El vacío es necesario para que las partículas viajen sin obstrucciones.

3. Las partículas se pueden dirigir a un objetivo fijo o se pueden hacer 2 haces para colisionar.

4. Los detectores registran las partículas y la radiación causadas por la colisión entre las partículas y el objetivo.

Estudié sobre Cyclotron, un tipo de acelerador de partículas circular. Puede acelerar los protones a una velocidad de aproximadamente el 10% de c (mucho menos que las velocidades relativistas).

Su principio básico es que “la energía final de las partículas no depende del voltaje de aceleración, sino del diámetro de la cámara de aceleración, el” O “Tiempo para 1 revolución del ion NO depende de su velocidad”.

En este dispositivo, una fuente de oscilador / CA proporciona un campo eléctrico que cambia de acuerdo con el movimiento de la partícula.

La fase de suministro es tal que, cuando la partícula está en el borde de uno de los Dees (con un potencial más alto), la otra tiene un potencial más bajo. Por lo tanto, la partícula se acelera a través del espacio. A medida que aumenta la velocidad, el radio aumenta y a medida que esto continúa, se alcanza una etapa donde la partícula se expulsa hacia el objetivo. El campo magnético cambia la dirección de la partícula como se indicó anteriormente.

Aquí está la razón por la cual la partícula se mueve en una trayectoria circular en el ciclotrón.

En un nivel bastante básico, los aceleradores de partículas producen haces de partículas cargadas.

Hay dos tipos básicos de aceleradores de partículas: aceleradores lineales y aceleradores circulares .

Los aceleradores lineales impulsan partículas a lo largo de una línea de haz lineal o recta. Estos se utilizan para experimentos de objetivo fijo .

Los aceleradores circulares impulsan partículas alrededor de una pista circular. Se pueden usar tanto para haces colisionantes como para experimentos con objetivos fijos .

Los aceleradores de partículas usan campos eléctricos para acelerar y aumentar la energía de un haz de partículas, que son dirigidos y enfocados por campos magnéticos . La fuente de partículas proporciona las partículas, como protones o electrones, que se deben acelerar. El haz de partículas viaja dentro de un vacío en el tubo de haz de metal. El vacío es crucial para mantener un ambiente libre de aire y polvo para que el haz de partículas viaje sin obstrucciones. Los electroimanes dirigen y enfocan el haz de partículas mientras viaja a través del tubo de vacío.

Los campos eléctricos espaciados alrededor del acelerador cambian de positivo a negativo a una frecuencia dada, creando ondas de radio que aceleran las partículas en grupos. Las partículas se pueden dirigir a un objetivo fijo, como una lámina delgada de metal, o se pueden colisionar dos haces de partículas. Los detectores de partículas registran y revelan las partículas y la radiación producidas por la colisión entre un haz de partículas y el objetivo.

Espero que esto ayude 🙂

Salud !!

Es una pregunta muy interesante. Trataré de responder lo más simple posible

En primer lugar, las partículas se liberan de la fuente.

Esto sucede cuando las partículas se colocan en un fuerte campo magnético. Esto, el flujo magnético del fuerte campo magnético, da la aceleración (es algo así como el mecanismo de aceleración del tren de levitación magnética de Japón).

Para contener la partícula, colisiones. Algunos superconductores se utilizan en el lugar de las colisiones. Esto asegura que el calor producido, por una fracción de segundo (1 billón de C) está completamente contenido.

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Cúal ? Si bien el LHC es el más grande y famoso, hay miles en todo el mundo. Ver acelerador de partículas – Wikipedia

En general, los aceleradores de partículas solo pueden acelerar partículas cargadas, y lo hacen con campos eléctricos y magnéticos. Un generador Van der Graaf usa un solo campo eléctrico estático, pero la mayoría de los aceleradores usan un campo variable para que puedan aplicar múltiples impulsos a la misma partícula, algo así como empujar a un niño en un columpio un poco más alto cada vez.

En términos generales, hay aceleradores lineales (LINAC), ciclotrones y sincrotrones. Los LINAC pasan grupos de paquetes a través de un campo eléctrico variable en RF generado por electrodos con un orificio en el medio (para el haz) espaciado de modo que a medida que pasa cada paquete reciba un impulso exactamente en el momento adecuado para acelerarlo. Los ciclotrones usan un imán grande para forzar a las partículas a viajar en un círculo, pero a medida que se vuelven más rápidas (y más pesadas, por el aumento de la masa relativista), el radio aumenta y se desplazan en espiral. Cada media vuelta, un campo eléctrico cambia para aumentar los racimos otra vuelta. Los sincrotrones usan imanes más pequeños y aumentan la potencia de los imanes en cada turno para mantener las partículas viajando en el mismo círculo de diámetro. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es una máquina sincrotrón de muchos kilómetros de diámetro, enterrada bajo dos países.

Un acelerador de partículas trabaja sobre la fuerza ejercida sobre un cuerpo de masa, ya sea de energía electrostática o electromagnética. Hay aceleradores lineales que usan campos magnéticos y un tubo recto y hay ciclotrones que usan un tubo circular para que puedan acelerar las partículas repetidamente. Existe el generador Cockcroft Walton que tiene una columna de rectificadores conectados en serie para producir una corriente alta y un voltaje bastante alto, y está el generador Van Der Graaf que recoge iones en una cinta aislante y los mueve hasta una bola de metal que se agrega al tensión estirando el campo eléctrico que une la carga al suelo.

Finalmente, está el Gran Colisionador de Hadrones que usa aceleradores lineales para inyectar protones en una figura de ocho tubos doblados para formar una ruta circular doble en la que se forma una ruta única que se puede conectar como dos círculos separados. Los protones en los dos círculos se mueven en una dirección de rotación rotacional y cuando se aceleran para acercarse a la velocidad de la luz, los tubos se cambian a un solo camino de forma con los dos grupos de protones colisionando al doble de la energía cinética.

Las partículas son generalmente protones que tienen masa y una carga eléctrica positiva / También tienen masa y normalmente están en una sola pieza con una enorme densidad y dureza. Como dice el viejo dicho sobre una fuerza irrestable y un objeto inamovible “algo tiene que ceder”. En este caso, las piezas se consideran posibles partículas subatómicas.

Como saben (con suerte), la aceleración significa un cambio en la velocidad. Como la velocidad es una cantidad vectorial, las partículas pueden acelerarse cambiando su velocidad o su dirección o ambas. Típicamente, los aceleradores de partículas usan campos eléctricos y campos magnéticos para acelerar las partículas cargadas. Los campos eléctricos se usan para afectar la velocidad y los campos magnéticos para afectar la dirección. Salud.

Los aceleradores de partículas utilizan campos eléctricos para acelerar y aumentar la energía de un haz de partículas, que son dirigidos y enfocados por campos magnéticos. La fuente de partículas proporciona las partículas, como protones o electrones, que se deben acelerar. El haz de partículas viaja dentro de un vacío en el tubo de haz de metal. El vacío es crucial para mantener un ambiente libre de aire y polvo para que el haz de partículas viaje sin obstrucciones. Los electroimanes dirigen y enfocan el haz de partículas mientras viaja a través del tubo de vacío.

Los campos eléctricos espaciados alrededor del acelerador cambian de positivo a negativo a una frecuencia dada, creando ondas de radio que aceleran las partículas en grupos. Las partículas se pueden dirigir a un objetivo fijo, como una lámina delgada de metal, o se pueden colisionar dos haces de partículas. Los detectores de partículas registran y revelan las partículas y la radiación producidas por la colisión entre un haz de partículas y el objetivo.

Las partículas se aceleran utilizando campos eléctricos, que ejercen una fuerza sobre las partículas cargadas. (Por esa razón, no puede acelerar las partículas no cargadas, como los neutrones).

Los electrodos de aceleración están dispuestos en una línea (acelerador lineal) o en un círculo (ciclotrón, sincrotrón, etc.). Se aplica un voltaje alterno a los electrodos, y la frecuencia de alternancia se establece de modo que las partículas sean atraídas hacia el electrodo durante la mitad del ciclo y repelidas desde el electrodo durante la otra mitad. El voltaje en el siguiente electrodo en la cadena es exactamente el opuesto, de modo que a medida que la partícula se repele desde el primer electrodo, el segundo electrodo la atrae simultáneamente. Esto mantiene la partícula en movimiento, acelerando a medida que avanza.

Para acelerar una partícula, debe producir un campo eléctrico y este campo eléctrico debe producirse en vacío ya que la partícula puede viajar solo en vacío. El archivo acelerado puede ser DC o RF.

La energía de la partícula puede ser dada por = qV normalmente medida en KeV o MeV, GeV ..

q es la carga de la partícula V es el voltaje de aceleración promedio.

Primero se crea un vacío en un gran anillo circular. Un protón con velocidad relativamente baja se expulsa al anillo circular. Está hecho para moverse en círculos, en lugar de seguir una línea recta que debería de acuerdo con la primera ley de movimiento de Newton, con la ayuda de campos magnéticos. La velocidad se incrementa por los campos eléctricos. Dentro del acumulador de partículas hay 2 anillos unidos a las paredes, uno de los cuales está cargado positivamente y el otro está cargado negativamente. Cada vez que una partícula lo atraviesa, su velocidad aumenta. Como hay vacío, nada ralentiza la partícula.

Cómo funciona un acelerador

De la boca de los caballos – CERN –

Versión de dibujos animados:

Una presentación muy corta para comenzar: