Los sincrotones son una clase de aceleradores de partículas que sirven, asimismo, como colisionadores.
Sincrotrón es una clase de acelerador de partículas que puede aprovecharse como colisionador.
Se trata de un dispositivo con múltiples aplicaciones en el cual las partículas, sometidas a la influencia de un campo magnético, exhiben un desplazamiento en órbita de carácter circular. Su aceleración, dice la teoría, es resultado de un campo eléctrico que está en sintonía con el movimiento orbital.
Para entender más sencillamente la relevancia y las particularidades de los sincrotrones es interesante tener en cuenta como ejemplo al ALBA, un sincrotrón emplazado en Barcelona cuyo financiamiento está a cargo, de modo equitativo, de la Generalitat de Cataluña y del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades del Gobierno de España. Este último organismo, por su parte, invirtió más de diecisiete millones de euros con el propósito de mejorar el estado actual de la infraestructura y darle impulso al desarrollo de un próximo proyecto, concebido como ALBA II. No hay que perder de vista que el ALBA es un sincrotrón útil para el sector industrial y el ámbito científico ya que se destina a iniciativas de I+D que se basan en luz de sincrotrón. En Francia, en tanto, se ubica el ESRF, un centro de perfil multinacional focalizado en la radiación sincrotrón donde funciona un sincrotrón de electrón reservado exclusivamente a estudios científicos. No hace mucho tiempo, este dispositivo se aprovechó para examinar con rayos X el afamado Il Cannone, un violín que supo ser el instrumento preferido de Niccolò Paganini.
TemasHistoria y evolución del sincrotrón
Según se desprende de registros antiguos, los sincrotrones iniciales fueron una derivación del ciclotrón. Así se conoce a una variedad circular de acelerador capaz de, apelando tanto a un campo magnético como a un campo eléctrico que se mantienen constantes, imprimirle un movimiento curvo cada vez más veloz a partículas subatómicas que están cargadas.
De centrar la atención en la historia y la evolución de específicamente el sincrotrón recobra relevancia la figura de Leó Szilárd, un físico que hizo aportes enriquecedores para la física nuclear y la biología molecular, además de haber planteado el denominado principio de estabilidad de fase. Este contenido resultó fundamental para comenzar a diseñar un sincrotrón. Vladimir Veksler y Edwin McMillan, en concreto, plantearon en 1945 la idea de generar un acelerador donde la frecuencia propia del campo eléctrico fuera variando en función del incremento de la energía en la partícula. Poco más tarde, varios científicos consiguieron una versión perfeccionada de un ciclotrón: un invento que recibió la denominación de ciclotrón sincronizado o sincrociclotrón.
Antes de iniciarse la década de 1950 se gestó el Cosmotrón, recordado por ser el primero de los sincrotrones a base de protón. Por esa época fue construido por primera vez, asimismo, un sincrotrón de electrón. Con el correr de los años fueron apareciendo sincrotrones más grandes y de mayor energía, pudiéndose adaptar o reconfigurar los más añejos para posicionarlos como fuentes de radiación sincrotrón.
Gracias a los sincrotrones pueden estudiarse en profundidad las partículas subatómicas, por ejemplo.
Componentes
Un sincrotrón abarca diferentes componentes, partiendo de una fuente de partículas (electrones, positrones, protones y antiprotones). Como la energía baja les impide generar una aceleración de partículas, este proceso va llevándose a cabo por fases o etapas requiriendo el empleo de aceleradores auxiliares. En principio, empleando una fuente de alto voltaje que oscila a radiofrecuencia se logra la aceleración del haz de partículas.
Después, las partículas son inyectadas en un LINAC (acelerador lineal), desde donde llegan a un booster (o preacelerador), consiguiendo allí la energía final, estando listas para ser inyectadas al anillo de almacenamiento o sincrotrón principal.
El voltaje que suministran las válvulas de vacío conocidas como klistrones se aplica en una colección de estructuras de esencia hueca catalogadas como cavidades de radiofrecuencia, cuya función también es la de conservar una sincronía entre la etapa del voltaje con propósito de aceleración y la frecuencia en la cual circula el haz de partículas.
Es necesario indicar, además, que en los equipos modernos de sincrotrones se emplean elementos magnéticos. Cada uno de los dipolos destinados a hacer que se curve la trayectoria del mencionado haz se identifica como imán curvador o imán de curvatura. Hay, incluso, aprovechamiento de sextupolos y cuadrupolos en pos de garantizar que el haz se mantenga enfocado.
Cada línea de luz sincrotrón, por último, es esencial para que la radiación emitida por las partículas sea transportada hasta cada muestra que se busca analizar o a instrumentos destinados a adecuar o cambiar alguna propiedad de la radiación.
Las bondades de los sincrotrones son aprovechadas para sumar conocimiento en distintos ámbitos.
Aplicaciones del sincrotrón
Los sincrotrones poseen numerosas aplicaciones. En principio, son ideales y adecuados para estudiar a las partículas subatómicas y analizar las propiedades de la materia.
Técnicas como las de difracción de rayos X, la espectroscopía, la espectroscopía de absorción de rayos X (XAS) y la microscopía electrónica pueden complementarse y aprovecharse con la radiación sincrotrón para examinar materiales tanto orgánicos como inorgánicos.
También es constructivo saber que la luz de sincrotrón se emplea para explorar minerales y llevar a cabo investigaciones y experimentaciones en el campo de la medicina, por ejemplo.
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