Aceleradores de partículas

Tubo de rayos catódicos

El tubo de rayos catódicos es el elemento que permite obtener la imagen a partir de una información llegada en forma de corriente eléctrica, de ahí su importancia en osciloscopios, televisores y pantallas de ordenador (de ahí el nombre de "pantallas de tubo").

Dentro de este dispositivo, unos electrones son emitidos y acelerados para hacerlos chocar con una pantalla que emita luz como consecuencia del impacto; durante su trayectoria, unos campos eléctricos y magnéticos los desvían para hacerlos chocar con el punto deseado.

Los electrones son emitidos por un cañón electrónico, que consta de metal calentado eléctricamente mediante una corriente que circula por él o por un filamento muy próximo que sirve para caldearlo. Los electrones de este metal caldeado pueden salir al exterior del metal como consecuencia de la energía recibida. Si son atraídos al exterior positivo (ánodo), se aceleran y se dirigen hacia él, fenómeno que se conoce como efecto Edison o termoiónico. Si el ánodo está perforado, los electrones pueden atravesarlo gracias a la velocidad conseguida y reciben el nombre de rayos catódicos, pues han sido emitidos por un electrodo negativo (cátodo).

Estos rayos emitidos por el cañón electrónico se dirigen hacia la pantalla situada frente al cañón, revestida de sustancias fluorescentes que emiten luz al chocar en ellas los electrones. La intensidad de la luz depende de la cantidad de electrones que impacten y el color , de la sustancia fluorescente excitada. 

Los electrones son sometidos en su recorrido hacia la pantalla, a campos deflectores que los desvían de su camino. 

Fuente:  Gran Enciclopedia Sapiens

En este vídeo se explica y se visualiza cómo funciona el tubo de rayos catódicos: 

Aceleradores electrostáticos y de campos variables

Todas las partículas pueden ser aceleradas; la única condición es que deben estar cargadas eléctricamente, pues de lo contrario no resultarían afectadas por los campos; no obstante, algunas partículas necesitan condiciones específicas para su aceleración. Los aceleradores, según el campo, pueden ser de campo estáticos o variable con el tiempo. En función de la trayectoria, pueden ser aceleradores lineales, si es recta, o circulares, si es una circunferencia o una espiral circular.

En los aceleradores electrostáticos  la energía viene suministrada por un campo eléctrico constante en el tiempo. En este acelerador, las cargas eléctricas se crean por fricción o por inducción en uno de los extremos de una cinta aislante, la cual las transporta hacia una esfera que las almacena. La tensión así conseguida se utiliza para acelerar las partículas  de una sola vez o por etapas. 

En los aceleradores de campos variables, el campo eléctrico que acelera las partículas varía con el tiempo y agrupa las partículas en paquetes. También puede ser variable con el tiempo el campo magnético. Estos tipos de aceleradores pueden ser tanto lineales como circulares.

En los aceleradores lineales, la trayectoria seguida por la partícula es recta; pueden producir la aceleración en una o en varias etapas, si bien es más corriente esto último, en especial en los grandes aceleradores.

En los aceleradores circulares, la trayectoria es circular o está formada por muchos arcos circulares. Para conseguirlo, se utilizan campos magnéticos perpendiculares a la trayectoria. La principal ventaja de estos aceleradores es que se pueden utilizar los mismo elementos de aceleración, desviación y control para todas las partículas y en toda la trayectoria. Estos aceleradores se construyen subterráneos porque e emiten energía en forma de campo electromagnético, denominada radiación sincrotón. 

                                                                                                                                                 Fuente:  Gran Enciclopedia Sapiens

Maqueta educativa de un acelerador de partículas: