¿Qué es un ciclotrón? Tecnología informática

El principal objetivo de los científicos es descubrir exactamente qué partes forman el núcleo del átomo y el universo.

Para conocerlos bombardean el núcleo con proyectiles llamados partículas.

El ciclotrón, una de las máquinas utilizadas para acelerar las partículas/iones cargados positiva o negativamente para realizar el bombardeo sobre el objetivo seleccionado, se denomina acelerador de partículas.

¿Qué es un ciclotrón?

Es un acelerador de partículas que se utiliza para romper el núcleo de los átomos y romperlos en más partes o partículas diminutas.

Para lograr tal poder aplastante, un ciclotrón acelera las partículas casi a la velocidad de la luz.

Cuando las partículas chocan con el nucleolo, un impulso tan poderoso se rompe en partículas cada vez más pequeñas.

A medida que aumenta la aceleración, también aumenta el impulso y, por tanto, se encuentran más partículas fundamentales.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el ejemplo más común utilizado para detectar Bosón de Higgs partículas.

De hecho, se puede decir que algunas respuestas a la investigación se conocen a través de estas pruebas. Al menos en parte los científicos pueden ver, pueden hacer predicciones y luego probarlas bien.

La mayoría de los datos sobre los átomos se aprendieron mediante experimentos diseñados para probar predicciones e hipótesis.

Por ejemplo, experimentos basados ​​en hipótesis anteriores indican que la parte central del átomo está formada por protones y neutrones.

Es este núcleo el que puede romperse en el proceso de destrucción de átomos utilizando aceleradores de partículas o aceleradores de partículas, como los llaman ciclotrón.

ciclotrón médico

Utilizado en la producción de isótopos médicos, acelera los protones a una velocidad de 6,5 MeV a 13 MeV.

Las ciencias de los ciclotrones se basan en investigaciones pioneras en medicina nuclear y el conjunto existente de herramientas de imágenes.

El ciclotrón produce radioisótopos para investigaciones médicas y biológicas y para uso en Escáneres PET-CT como trazadores (isótopos).

Un trazador es una sustancia radiactiva creada al convertir un elemento estable en un elemento inestable o radiactivo que puede usarse de manera segura para detectar y diagnosticar enfermedades a nivel celular.

Se inyecta un ion de hidrógeno cargado negativamente en la cámara de vacío del ciclotrón, donde se encuentran placas con forma bidimensional entre los polos de un potente electroimán.

Y la alternancia de voltaje positivo y negativo entre las D atrae y repele el ion en una trayectoria circular de una D a la otra.

El ion recibe un impulso de energía cada vez que cruza el espacio entre los discos y hace que acelere el campo magnético que mantiene el ojo dentro de un plano horizontal.

Lo que hace que el ion gire en espiral hacia el exterior del ciclotrón a medida que acelera.

Cuando el ion golpea la lámina o malla de extracción, se le quitan sus electrones y deja un protón cargado positivamente que luego viaja a lo largo de una línea de haz hasta un objetivo.

Cuando el protón de alta energía choca con el núcleo de un átomo objetivo, una reacción nuclear cambia la estructura del átomo y crea un radioisótopo.

el radioisótopo Luego se agrega a una molécula en este caso una molécula de azúcar ( FDG ) hacer un radiofármacos que puede ser fácilmente absorbido por el cuerpo humano.

El material objetivo que contiene el radioisótopo se transfiere desde la estación final a través de líneas blindadas y una serie de puntos de acceso de paso.

Para una celda caliente en el área de producción. Una vez en la célula huésped, el operador utiliza los brazos de manipulación para extraer el radioisótopo del objetivo.

El tiempo apremia, ya que el radioisótopo ya ha comenzado a desintegrarse. A medida que el radioisótopo se desintegra, libera energía; esta energía es la que detecta el Escaneo de mascotas.

Los radiofármacos producidos en las instalaciones del ciclotrón, como toda producción farmacéutica, deben seguir protocolos estrictos y rigurosos.

Está aquí para el proceso de aseguramiento de la calidad de las buenas prácticas de manufactura y salubridad.

Estos protocolos aseguran que este centro cuenta con personal calificado y capacitado, edificios e instalaciones adecuados y materiales y etiquetas correctos.

Audiencia de calidad para aprobar procedimientos que garanticen la producción de radiofármacos seguros y de alta calidad.

El radiofármaco se envasa y se coloca en un contenedor protegido para ser transportado a un hospital o utilizado en el laboratorio.

A su llegada al hospital, el radiofármaco está preparado para ser inyectado por vía intravenosa al paciente.

A medida que viaja por el cuerpo del paciente, el radioisótopo en descomposición libera energía que es detectada por el escáner PET-CT y utilizada para generar imágenes tridimensionales.

Las imágenes revelan lugares del cuerpo donde las células absorben la mayor cantidad de radioisótopos. Cuanto más activas son las células, más radioisótopos absorben.

Ser capaz de ver la función celular proporciona a los profesionales médicos e investigadores información crítica necesaria para diagnosticar enfermedades, planificar nuevos tratamientos o evaluar el tratamiento existente de un paciente.

Esto captura un centro para la ciencia del ciclotrón que avanza en la investigación en los campos en expansión de las imágenes moleculares, la medicina nuclear y otras áreas de la ciencia que utilizan radioisótopos.

En particular, desempeñará un papel importante en la investigación y el tratamiento de enfermedades como el Alzheimer, el cáncer y las enfermedades cardíacas.

Y seremos una poderosa herramienta de imágenes para investigaciones innovadoras en salud animal y vegetal humana.

Principal y laboral

El dispositivo desarrollado por EO Lawrence y MS Livingston en 1934. Se utiliza para acelerar partículas cargadas como protones y neutrones.

Esto da como resultado la producción de partículas cargadas con alta energía. En física nuclear, estas partículas energizadas se utilizan para bombardear núcleos provocando reacciones nucleares.

Las partículas cargadas positivamente (iones) se aceleraron a alta energía con la ayuda de un campo eléctrico oscilante y un fuerte campo magnético diagonal.

Dos semicilindros huecos hechos de metales altamente conductores llamados D están colocados de manera que la regla quede cara a cara con un pequeño espacio entre ellos.

Ahora, estos 2 D están conectados a terminales de fuente alterna de alto voltaje. La fuente de voltaje ayuda a cambiar la polaridad de los dos D a una frecuencia selectiva.

Cuando uno D está en potencial positivo, otro será exactamente opuesto y tendrá potencial negativo al mismo tiempo.

De esta forma oscilan y crean un campo eléctrico variable entre ellos. Un electroimán se mantiene debajo de las D y otro electroimán se mantiene encima de las D.

El electroimán inferior tiene un polo norte en dirección hacia arriba y el electroimán superior tendrá un polo sur debajo.

Esta disposición crea un campo magnético perpendicular a la dirección del campo eléctrico. Todo este arreglo aparece en una caja al vacío.

Las 2 D crean un campo eléctrico en dirección horizontal y los electroimanes crean un campo magnético en dirección vertical.

Cuando ponemos una partícula cargada positivamente esa puede ser un protón o una combinación de protón y neutrón ambos.

Como el D es positivo y el segundo D es negativo, existe un campo eléctrico entre ellos.

Ahora una fuerza actúa sobre las partículas cargadas y la dirección es la que se muestra a continuación.

F=qE

Donde, F = es la fuerza que experimenta una carga q cuando se mantiene en el campo eléctrico E.

Debido a esta fuerza, la partícula cargada se acelera y debido a la aceleración, la velocidad aumenta hasta entrar en otro D.

a=qE/m

Donde a = es la aceleración experimentada por una carga q de masa m cuando se mantiene en el campo eléctrico E.

Dado que D es un recipiente cerrado, el valor del campo eléctrico dentro de D es cero.

Entonces la fuerza del campo eléctrico ( E ) se vuelve cero y también la aceleración (a) se vuelve cero.

Por lo tanto, dentro del contenedor no hay campo eléctrico (E), pero sí el campo magnético. Pero la dirección del campo magnético (B) es perpendicular a la partícula cargada presente.

Ahora la partícula cargada se mueve en el eje horizontal diagonal a la dirección del campo magnético.

Experimenta una fuerza en una dirección perpendicular al plano en el que vu D. Esta fuerza proporciona la fuerza centrípeta y hace que las partículas cargadas se muevan a lo largo de una trayectoria circular.

El radio ( R ) de la trayectoria circular está representado por la ecuación.

R=mv/qB

Donde, R = es el radio de una carga q que se mueve con velocidad vu y masa m cuando se mantiene en el campo eléctrico E.

La partícula forma un semicírculo y se interpone en el espacio el tiempo que tarda este t/2 donde t es el tiempo que tarda en completar un círculo.

Cuando la partícula entra en el centro del ciclotrón su velocidad permanece cero. Debido al campo eléctrico comienza a acelerar y la velocidad aumenta.

Cuando entra en D con velocidad v, permanece constante dentro de dD porque el campo eléctrico alterno se vuelve cero dentro de dD.

Y el campo magnético diagonal no puede cambiar la velocidad de la partícula. Pero a medida que la carga/partícula llega al final de D, la polaridad del campo eléctrico cambia.

Luego, las partículas experimentan nuevamente la fuerza y, por lo tanto, son aceleradas y, como resultado, la velocidad aumenta hasta entrar en otra D.

Así, en cada rotación siguiente, la energía cinética de la partícula aumenta y, por tanto, también aumenta el radio de rotación.

Finalmente llega al límite donde pasa por la ventana y da en el blanco. Los científicos que han participado en la investigación de partículas utilizan cámaras de niebla.

Este es un objeto pequeño, independientemente del tamaño de la cámara de niebla, consta de un compartimento en forma de tambor sellado con vidrio, en su interior hay un gas saturado con vapor de agua.

Cualquier partícula cargada que pase a través de esta cámara deja un rastro de vapor de agua similar al rastro de nubes que deja un avión en vuelo alto en un día frío.

El rastro en la cámara de niebla se puede eliminar y fotografiar. Calculando la masa y la velocidad mediante trazas se predicen nuevas partículas.

sincrociclotrón

El sincrociclotrón se utiliza cuando es necesario controlar la velocidad del nucleolo de Deuteron o de la partícula alfa aplicando un voltaje alterno de frecuencia variable.

Se varía para compensar los efectos relativistas a medida que la velocidad de las partículas comienza a acercarse a la velocidad de la luz.

Aquí utilizó sólo una D en lugar de 2-D como en el ciclotrón clásico. Para apuntar se utiliza el deflector electrostático.

Ciclotrón isócrono

el isócrono es una alternativa a sincrociclotrón.

que tiene un campo magnético variable que aumenta con el radio, en lugar de con respecto al tiempo. Los isócronos son capaces de producir un radio de corriente mucho mayor que los sincrociclotrones.

Pero requieren variaciones azimutales en la intensidad del campo para proporcionar un fuerte efecto de enfoque y mantener las partículas atrapadas en su trayectoria espiral.

Tipos y usos

Tienen maravillosas herramientas de investigación en estos destructores de átomos. Principalmente son tres tipos diferentes.

1 ciclotrones

2 Betatrón

3 Acelerador lineal o LINAC

Cada uno de estos 3 aceleradores de partículas funciona según un principio diferente. Acelera partículas positivas pesadas como los protones del hidrógeno.

El Betatron acelera electrones que son partículas negativas. Los aceleradores lineales se utilizan para acelerar partículas positivas o negativas.

La aplicación común de un acelerador lineal con fines médicos como radioterapia en tratamientos contra el cáncer.

¿Son las máquinas de rayos X un tipo de acelerador de partículas o un tipo de destructor de átomos?

Sí el Radiografía El tubo es un acelerador, por lo que es el tubo de imagen de su televisor.

Pero Radiografía Los tubos pueden proporcionar energías a los electrones de sólo unos 200 k voltios.

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