Historia de Aceleradores

Transcripción

1 Historia de Aceleradores Aceleradores Electrostáticos El Betatrón Aceleración Resonante Aceleradores Lineales Aceleradores Circulares Ciclotrón, sincro ciclotron, ciclotrón isocrono, sincrotón Anillos Colisionadores y de Almacenamiento

2 Aceleradores Electrostáticos Antecedentes Radiación en tubos de descarga a finales del siglo XIX.

3 Aceleradores Electrostáticos Lenard estudia propiedades de rayos catódicos Aisla rayos catódicos fuera del tubo. Ionización del aire Portadores de carga eléctrica Premio Nobel

4 Aceleradores Electrostáticos Rutheford impulsa uso de aceleradores En 1906 Rutheford descubre nucleo atómico usando alfas naturales. En 1919 realiza primeros experimetos nucleares usando alfas naturales. En 1928 Gamov predice el efecto tunel (0.5 MeV suficiente para producir reacción Nuclear). En 1932, Cockcroft y Walton construyen acelerador de 700 KeV.

5 Aceleradores Electrostáticos Acelerador Cockcroft Walton

6 Aceleradores Electrostáticos Acelerador Cockcroft Walton Producen primera transmutación controlada (p+li > He). ( ) Premio Nobel en Aún se usan como inyectores.

7 Aceleradores Electrostáticos Acelerador Van der Graaf

8 Aceleradores Electrostáticos Acelerador Van der Graaf Máximas energías limitadas por rigidez dieléctrica del aire. Energía alcanzada inicialmente 1.5 MeV. La inclusión de Freón y Nitrógeno seco a alta presión permite energías de 10 MeV. Tandem permite doblar la energía con el mismo potencial.

9 Aceleradores Electrostáticos Acelerador Tandem Oak Ridge tiene un Tandem de 24.5 MeV

10 El Betatrón Transformador de rayos o betatrón en bitácora de Wideroe (1923)

11 Betatrón En 1923, Wideroe propone betatrón. Intento fallido de Wideroe para construir betatrón en En 1940, Kerst construye el primer prototipo de 2.2 MeV. En 1950, Kerst construye betatrón de 300 MeV. Vida de betatrón termina pronto pero deja un legado: Oscilaciones de betatrón.

12 Acelerador Lineal

13 Acelerador Lineal En 1924 Ising propone aceleración resonante. En 1928 Wideroe construye acelerador resonante lineal de 50 kev como tesis doctoral. Sloan ylawrence retoman trabajo de Wideroe entre 1931 y 1934 y construyen acelerador de 1.26 MeV. Acelerador de Alvarez en 1946 (32 MeV). Actualmente alcanzan de 50 a 200 MeV y se prefieren para inyectar protones y iones pesados.

14 Ciclotrón 2.html

15 Ciclotrón Lawrence concibe ciclotrón en 1929 Livingston construye prototipo de 80 KeV en 1931 Lawrence construye ciclotrón de 1.25 MeVy realiza experimento de Cockcroft y Walton en el mismo año de Lawrence recibe premio nobel de Física en 1939.Para entonces tenía ciclotrón de 20MeV

16 Miembro del comité nobel en1939 Dentro de la historia del desarrollo de la física experimental, el ciclotrón tiene un status excepcional. Es sin duda alguna, la construcción del aparato mas grande y complicada que se haya llevado a cabo hasta ahora. Dificilmente podriamos hallar algo similar entre las demas herramientas usadas en física. Es evidente que la operación y prueba de un aparato de este tipo, con tal multitud de detalles, no es el mérito de un solo hombre. Como promotor y líder de este gigante trabajo, Lawrence ha mostrado méritos en el campo de la física por lo que la Real Academia de las Ciencias considera que él llena los mas altos requisitos que implica el premio Nobel.

17 Sincro Ciclotrón Los ciclotrones no funcionaban mas allá de los 30 MeV. Razon: Incremento relativista de la masa

18 Sincro Ciclotrón Era necesario modular la frecuencia RF para compensar el efecto relativista. Debido a lo largo del camino el desenfoque del haz empieza a ser notorio. Los imanes tiene que deformarse para proporcionar un gradiente en el campo magnético. En 1946 se logra acelerar He a 380 MeV.

19 Ciclotrón Isócrono Gamma y el campo magnético variaban con el radio. Ambos efectos podían compensarse. Esto implicaba Freq. Constante y por lo tanto un sistema de RF mas simple. Sin embargo, era necesario crear gradientes azimutales de campo magnético para cumplir con los requisitos de enfocamiento del haz.

20 Sincrotrón Construir ciclotrones por encima de varios cientos de MeV es muy costoso y pesado Solución: usar solo la parte exterior del imán y acelerar a radio constante. Mc Millan y Veksler descubren principio de estabilidad de fase en Goward y Barnes crean 1er sincrotrón en 1946 En 1952 se construye cosmotrón (3 GeV)

21 Cosmotrón Acelerador de 3 GeV construido en Brookhaven National Laboratory

22 Dipolos de Cosmotrón

23 Premios Nobel en Cosmotrón Premios Nobel en 1957 por descubrimiento deviolación de la paridad

24 Estabilidad transversal del haz Estabilidad del haz dependía de un gradiente del campo magnético de naturaleza relativamente débil (Enfocamiento Débil) Courant, Snyder y Livingston descubren enfocamiento fuerte en 1952 Conduce a Aperturas de Imanes mucho mas pequeñas e imanes mucho mas baratos

25 Enfocamiento Débil

26 Enfocamiento Fuerte

27 Enfocamiento Fuerte

28 AGS se construye con enfocamiento Fuerte

29 AGS AGS acelerador de 33 GeV, 800m de Circ. Acelerador mas grande hasta 1968 Solo se necesito el doble del hierro que para Cosmotrón En fig. imanes de Cosmotron vs AGS

30 Premios Nobel en AGS Descubrimiento de J/psi 1976 Violación CP 1980

31 Premios Nobel en AGS Descubrimiento del Muon Neutrino 1988

32 Sincrotrón moderno

33 Colisionadores y Anillos de Almacenamiento Para experimentos de blanco fijo la energía del centro de masa sube como la raiz de gamma. En colisionadores la energía del centro de masa es proporcional a gamma. Pero número de choques es mucho menor que con blanco fijo. Solución: anillos de almacenamiento

34 Premio Nobel 1984 Colisionadores ISR El primer colisionador de protones fue el ISR en CERN (1968). Carlos Rubbia Se descubren partículas Z y W y para ello se hace necesario el llamado enfriamiento estocástico. Premio nobel Simon Van der Meer

35 Colisionadores ISR ISR llego a alcanzar 30 GeV a 57 amperios. ISR fue base para inestabilidades colectivas, efecto haz haz, técnicas de alto vacío. Desmantelado en Sus imanes serían usados en Celsius, sincrotrón en Upsala.

36 Colisionadores Actuales Tevatrón 1 TeV, 7 Km de circunferencia

37 SPS: 400 GeV, 7 Km LHC: 7 TeV, 27 Km Colisionadores Actuales

38 RHIC: 100GeV, 3.8Km Colisionadores Actuales RHIC

39 Aceleradores Lineales Actuales LEP fué en su momento el acelerador circular de electrones mas grande que se haya construido (7 Km, 91 GeV). La radiación de sincrotrón limita la máxima energía que se puede alcanzar con aceleradores circulares => Aceleradores Lineales SLC ya alcanza 100GeV y existen proyectos de aceleradores lineales como ILC)para alcanzar 1 TeV. También está CLIC. Spallation Neutron Source y Recirculating Linac CEBAF

40 Gráficas de Livingston

41 Nuevos Métodos de Aceleración Gradientes de 100MeV/m aceleradores lineales de TeV implica 10Km de longitud Aceleración directa con láser: aceleración por onda superficial:se espera 0.3 Gev/m efecto Cherenkov inverso laser inverso de electrones libre: Se espera 200 Mev/m Aceleración basada en 2 haces:150 MeV/m Aceleración por campos rastros Laser wakefield acceleration: 160 GeV/m (mm) Plasma wakefield acceleration 150 MeV/m (m)