Los sincrotrones son un tipo de aceleradores de partículas que permiten estudiar la materia y sus propiedades. Estas instalaciones aceleran partículas a gran velocidad y las guían dentro de una trayectoria utilizando campos electromagnéticos. Al girar, estas partículas emiten un tipo de radiación llamada “luz de sincrotrón” con la que se pueden analizar multitud de cosas.
Mediante este proceso podemos observar con gran nivel de detalle todo tipo de materiales vivos o inertes, ver cómo reaccionan en diferentes condiciones (presión, temperatura, reacciones químicas, etc.) y aplicar los resultados en multitud de sectores como la medicina, la tecnología de la información o incluso la gastronomía.
Para entender cómo funciona un sincrotrón es importante tener claros algunos conceptos básicos. Estos son los principales.
Luz de sincrotrón
Es la luz que emite cualquier partícula que tenga carga eléctrica, que viaje a velocidades cercanas a la luz y que describa una trayectoria curva.
La luz se transmite a través del espacio mediante ondas electromagnéticas. El conjunto de todas las ondas se llama “espectro electromagnético”, que abarca desde las ondas de radio hasta los rayos gamma.
En este caso en particular, la luz de sincrotrón comprende un rango del espectro electromagnético que va desde el infrarrojo hasta los rayos X, pasando por la luz visible y la luz ultravioleta.
Longitud de onda
La longitud de onda indica la distancia entre el principio y el final de una onda completa o la separación espacial que existe entre dos puntos cuyo estado de movimiento es idéntico.
Conocer la longitud de onda es importante en un acelerador de partículas: cuanto más pequeña es la longitud de onda, podemos observar detalles más pequeños de la materia.
Electrón
Es una partícula que gira alrededor del núcleo de un átomo y tiene una carga negativa. Se considera una partícula elemental, ya que no tiene componentes ni puede dividirse en partículas más pequeñas. Estas son las partículas que se utilizan en el Sincrotrón ALBA, situado en Cerdanyola del Vallès.
Fotones: partículas de luz
Un fotón es una partícula elemental que, según los principios de la física cuántica, compone la luz. Los fotones son las partículas portadoras de la luz visible, la luz ultravioleta, la luz infrarroja, los rayos X, los rayos gamma y el resto de las formas de radiación electromagnética.
Los fotones viajan en el vacío a velocidad constante y no tienen masa ni carga eléctrica.
Al acelerar una partícula con carga eléctrica, como por ejemplo un electrón, se genera la emisión de fotones.
Rayos X
Son radiaciones electromagnéticas capaces de atravesar diferentes cuerpos. Se trata de radiación ionizante, es decir, cuando interactúa con la materia origina partículas con carga en ella.
Su uso más habitual es en la medicina, ya que con los rayos X podemos obtener imágenes internas del cuerpo humano. Tradicionalmente la imagen se plasmaba en papel fotográfico, pero hoy en día pueden visualizarse directamente en un ordenador.
En los sincrotrones se generan rayos X blandos (de baja energía) y duros (de alta energía) para analizar materiales diversos.
Línea de luz (beamline)
En un sincrotrón, los electrones se aceleran hasta alcanzar velocidades cercanas a la luz. Entonces se mantienen circulando en un anillo, donde se genera luz de sincrotrón de manera tangencial a la trayectoria circular.
Esta luz de sincrotrón se desvía a las líneas de luz, que son extensiones del túnel principal que recogen la radiación electromagnética emitida por los electrones. En los extremos de las líneas de luz se ubican las estaciones experimentales, donde se llevan a cabo los experimentos y se analizan los datos.
Líneas de luz.
Fuentes: Sincrotrón ALBA, Fundamentium.
Trabaja la actualidad en claseUnidades Didácticas
La Unidad Didáctica sobre el acelerador de partículas propone contenido informativo y ejercicios gratuitos para trabajar en clase. Cuenta con la colaboración de Sincrotrón ALBA.
