Sincrociclotrón

[Ricardo G. Silveira]

[FONT=Times New Roman]"Un sincrociclotrón es una versión mejorada del [/FONT][FONT=Times New Roman]ciclotrón[/FONT][FONT=Times New Roman]. La razón de este invento es que, por razones que atañen a [/FONT][FONT=Times New Roman]Teoría de la Relatividad[/FONT][FONT=Times New Roman], la energía de un ion en un ciclotrón no puede alcanzar valores mayores a los 12mev ([/FONT][FONT=Times New Roman]mega electronvoltios[/FONT][FONT=Times New Roman]), entre otras cosas se debe a que la masa de un cuerpo tiende a aumentar a medida que aumenta su velocidad -solamente apreciable cuando la velocidad es aproximadamente un 10% menor que la [/FONT][FONT=Times New Roman]velocidad de la luz[/FONT][FONT=Times New Roman]-.[/FONT]

[FONT=Times New Roman]Al acelerar una partícula en el ciclotrón, ésta adquiere altas velocidades y su masa comienza a aumentar. Como se puede deducir de la expresión del período del movimiento realizado dentro del ciclotrón por una partícula: T = 2πm/Bq, al aumentar la masa de la misma, el período también aumenta. Esta variación en el período rompe el sincronismo con el cual la partícula se mueve y por tanto puede que ingrese en alguna de las cámaras metálicas del ciclotrón con [/FONT][FONT=Times New Roman]campo eléctrico[/FONT][FONT=Times New Roman] en sentido contrario al movimiento, dejando así de transferírsele energía al ion acelerado.[/FONT]

[FONT=Times New Roman]Este problema se corrige en el sincrociclotrón mediante un sistema automático que varía el período del campo eléctrico alternante empleado para transferir energía a las partículas, de manera que sea siempre igual al período del movimiento de los iones acelerados".[/FONT]

[FONT=Times New Roman]Saludos RS[/FONT]

[anajesusa]

Re: Sincrociclotrón

Hola, me interesa este tema, estoy con intenciones de fabricar uno de estos dispositivos parecido al original de Lawrence que mecánicamente no es tan complejo. La energía que pueden alcanzar los iones en estos aparatos son suficientes para generar radiactividad artificial en elementos livianos?

[aLFRe]

Re: Sincrociclotrón

Hola, me interesa este tema, estoy con intenciones de fabricar uno de estos dispositivos parecido al original de Lawrence que mecánicamente no es tan complejo. La energía que pueden alcanzar los iones en estos aparatos son suficientes para generar radiactividad artificial en elementos livianos?

En líneas generales, si se entiende como estables a aquellos núcleos atómicos
que no emiten radiación, el criterio de estabilidad viene dado por una relación
entre su número de protones Z y su número de neutrones N.
Esta es diferente para los elementos ligeros - de bajo peso atómico - ( para estos Z= N ) de la de los elementos pesados de alto número atómico ( para estos 1,5 Z= N )

En principio, para producir núcleos atómicos que emitan radiación
( esto es, emisores de algún tipo de partícula elemental con energía más o menos definida)
se puede recurrir a un reactor pero también al bombardeo con haces procedentes
de un ciclotrón.
Hay distintos tipos de reacciones nucleares
y que se produzca o no una de estas del tipo de partícula
( proyectil y blanco ) y de la energía.

En un reactor nuclear se suelen producir radioisótopos por ejemplo
por bombardeo con neutrones, creo que esto se llamaba activación neutrónica,
dando lugar a elementos ricos en neutrones.

En un ciclotrón se incrementa la energía cinética de una partícula cargada.
una idea es hacer colisionar el haz de salida con un blanco adecuado,
esto es, producir una reacción nuclear.
Puesto que, en principio, se pueden usar diferentes partículas como proyectil,
protones o deuterones, el método produce un tipo de núcleos
con un número de neutrones inferior al requerido por el criterio de estabilidad citado más arriba.

Con todo este rollo lo que le quiero decir es que depende del tipo de radionúclido
que Vd. quiera conseguir, de la energía que le proporcione su ciclotrón
y de la reacción en concreto.
Había una cosa más relacionada con los elementos ligeros y las técnicas de análisis
por haces de iones, que no es exactamente lo mismo que Vd. pregunta,
pero la verdad es que no lo recuerdo muy bién.
Si lo miro en casa, en otro momento se lo comento.

Los radionúclidos que se producen usando un ciclotrón
sirven para dos técnicas de diagnostico, la PET,
que usa un radionúclido emisor de positrones y la SPECT
donde se usa un radionúclido emisor de rayos gamma de baja energía.
Además se generan también una serie de radiofármacos...
todo esto determinado por lo anterior.

Un saludo.

[anajesusa]

Re: Sincrociclotrón

Hola alfre, muchas gracias por responder, en honor a la verdad con el solo hecho de bombardear un elemento y que luego de ello se detecte una radiación con el geiger me daría por muy satisfecho, lo quiero solo con fines didácticos, entendido a los tipos de radiactividad que puede esperarse, positrones y gamas de baja energía, bueno el positron de hecho se aniquila con un electron en el mismo átomo dando dos fotones gama, si mal no recuerdo en definitiva seria practicamente todo gama.
Este proyecto me tiene muy entusiasmado aunque creo me llevará un tiempo considerable, no es fácil trabajar con altos vacíos, radifrecuencia, alta tensión todo junto en un laboratorio de aficionado

[aLFRe]

Re: Sincrociclotrón

Hola alfre, muchas gracias por responder, en honor a la verdad con el solo hecho de bombardear un elemento y que luego de ello se detecte una radiación con el geiger me daría por muy satisfecho, lo quiero solo con fines didácticos, entendido a los tipos de radiactividad que puede esperarse, positrones y gamas de baja energía, bueno el positron de hecho se aniquila con un electron en el mismo átomo dando dos fotones gama, si mal no recuerdo en definitiva seria practicamente todo gama.
Este proyecto me tiene muy entusiasmado aunque creo me llevará un tiempo considerable, no es fácil trabajar con altos vacíos, radifrecuencia, alta tensión todo junto en un laboratorio de aficionado

Para que te de señal el geiger no hace falta más que encenderlo
porque suele haber un fondo radioactivo, en general de los materiales empleados
en la construcción.

Sobre la práctica pues te deseo mucha suerte,
sin embargo he visto en fotos algún ciclotrón para aplicaciones médicas
y no es algo que se pueda montar en el cuarto donde duermes,
además ese tipo de instalaciones tiene una regulación...
antes de montar nada debes de recurrir a la consejería de industria
de tu comunidad autónoma.

Saludos y suerte.

[anajesusa]

Re: Sincrociclotrón

Si, es verdad que hay una radiación de fondo sobre todo en lugares graníticos, pero mi idea era ir por un poco mas, no voy a producir plutonio como en un reactor de fisión, es solo algo didáctico, no creo que haya leyes que reglamenten, al menos en mi país, ya tengo hechos algunos trabajos con materiales radiactivos de baja peligrosidad (http://anajesusa.spaces.live.com/blo...7871!505.entry) y sigo suelto je je.
Referente a mi laboratorio si tengo algunas limitaciones por ahora, me falta una bomba difusora, tengo una mecánica de doble etapa con la que consigo vacíos de unas 20 micras, aunque en breve tendré la difusora. Otra limitante en el tema ciclotrón son los imanes, tengo que conseguir de neodimio, discos de unos 10 cm y estuve viendo en ebay y no es fácil.
Bueno muchas gracias por las respuestas alfre

[aLFRe]

Re: Sincrociclotrón

Si, es verdad que hay una radiación de fondo sobre todo en lugares graníticos, pero mi idea era ir por un poco mas, no voy a producir plutonio como en un reactor de fisión, es solo algo didáctico, no creo que haya leyes que reglamenten, al menos en mi país, ya tengo hechos algunos trabajos con materiales radiactivos de baja peligrosidad (http://anajesusa.spaces.live.com/blo...7871!505.entry) y sigo suelto je je.

No sé si merece la pena insistir en lo que cuentas no vaya a ser
que te lea algo más y me dé un ataque de pánico.
No sé como funcionan las cosas en tu país pero en España no se puede montar
una instalación industrial o un laboratorio en un piso particular.
Sus instalaciones de electricidad, iluminación, climatización,
fontanería, etc. tienen que ajustarse a una serie de normas,
porque allí trabaja personal y suelen tener elementos que son contaminantes y peligrosos
- piensa en tus vecinos -
y si hay algún incendio o problema piensa en la seguridad del personal
que tiene que acceder a la vivienda para cumplir con su deber.

En concreto la que tú pretendes debe de diferenciar las salas a las que puede
acceder el público y otras a las que sólo se puede acceder bajo control radiológico
- personal expuesto por razones de trabajo -
Para empezar, te diré algo sobre la radiación.
Como ya sabes, se presupone una relación lineal entre el riesgo y la dosis
sin valor umbral por debajo.
Esto sale de observar los efectos debidos a exposiciones a altas dosis
en cortos periodos de tiempo y extrapolar.
Esto quiere decir que no hay un valor mínimo seguro.
Por otra parte medirla en una estancia no es algo tan fácil
como en la película "K-19, the widowmaker"
pasar un Geiger y ver si pita
recuerdo un artículo de la ICRU que a ver si me leo en casa y te cuento algo.

Por otra parte el sistema para intercambiar aire debe de estar bajo control para
detectar contaminación.
La producción de radionúclidos mediante un ciclotrón es bombardear un blanco
durante un cierto tiempo con un haz energético de proyectiles,
esto es, mantenerlo todo funcionando durante un cierto tiempo.
Hay puede haber emisones, puede en un momento dado fallar algo,
contaminación, etc.

Además el aparato suele consumir una alta cantidad de energía eléctrica.
El primer asunto es que tu proveedor de electricidad te pueda suministrar
esa energía sin picos y el segundo la cantidad de calor que eso genera.

Podría hablarte de todo esto durante más tiempo pero el problema es que
creo que no entiendes el riesgo
y si no lo entiendes por mucho que yo te diga no vas a cambiar de opinión.
Cuando yo era un crio algunos resíduos irradiados se tiraban directamente
a la basura, no había sensación alguna de que esto fuese inadecuado...
y hoy en día pues ya no se hace.

En fin... recibe un saludo.

[anajesusa]

Re: Sincrociclotrón

Pues no creas que voy a armar la máquina de Tesla que se cargó los generadores Colorado Springs ni el gran colisionador de hadrones, jua jua solo algo inofensivo, creo que sobredimensionas estimado Alfre.
Aca pongo un link de un joven que armó uno para una feria de ciencias, con potencias de 400wats para el generador de RF (que traducidas a consumo seran como mucho 1Kw en la linea) y unos electroimanes que ponele con toda la furia se consuman otro Kw. Lo mio es significativamente mas chico, dispongo solo de 30 a 40w de radiofrecuencia y la idea es de hacerlo con imanes de neodimio que tiene flujo magnético de entre 1 y 1,5 teslas.
Con referencia a los isótopos son de muy corta duración, no olvidemos el K40 es muy común en la naturaleza y nadie se queja de él.
Ups... ya me olvidaba el link acá va: http://www.niell.org/cyc2.html
Tambien en http://www.rtftechnologies.org/physics/linac.htm hay un acelerador pero del tipo lineal que se alimenta con un Van Der Graaff que se lo armó el constructor en el escritorio (cada vez que entro a esta página me vuelvo mas loco de lo que estoy jua jua)
Otro ejemplo en tu país, el PFDC de cientificosaficionados se armó un fusor en su laboratorio, lo presento en la TV y todavía no ha caido preso
Ver acá: http://www.cientificosaficionados.co...usor/fusor.htm
Son proyectos puramente didácticos (soy profe de física y química en nivel medio), de todos modos las precauciones deben tomarse para no afectar a terceros, rayos x que al trabajar con esas altas tensiones inevitablemente se producen (no se si viste un hilo que dejé acá mismo de la simple forma de generar RX con la máquina de Winshurst y una valvula) Sin ir mas lejos en casi todas las casas que tienen TV viejitos tienen un acelerador de partículas, el TRC de las mismas...
Bien, no entres en pánico, ademas antes que eso esté listo debo superar muchos escollos y aún asi, lo mas probable es que no funcione.
Gracias por las respuestas Alfre te mando un abrazo
César

[Sartie]

Re: Sincrociclotrón

pero una cosa es montarlo en un laboratorio y otra en una casa, donde hay vecinos expuestos a algo a lo que no deberian estar expuestos

[aLFRe]

Re: Sincrociclotrón

Pues no creas que voy a armar la máquina de Tesla que se cargó los generadores Colorado Springs ni el gran colisionador de hadrones, jua jua solo algo inofensivo, creo que sobredimensionas estimado Alfre.

Estimado César :

Efectivamente no conozco tu proyecto y tampoco visito muchas
páginas de "Doing Physics at home",
primero porque no tengo dinero para materiales ( ya me gustaria... ya )
y segundo porque a la hora de construir algo tendría un montón de problemas
porque el salto de las clases teóricas y de las prácticas de facultad
a ese tipo de trabajo, para mí, es abismal.

En el hilo ya hemos acordado que hay que considerar el tipo de reacción nuclear
( proyectil y blanco ) y la energía a la que sucede.
Primero no es solo construir el ciclotrón sino que tendrás que tener alguna forma
de medir lo que eso emite y la energía,
y para que se forme algo que después puedas medir
además debes de mantener un tiempo de bombardeo del blanco.

Desconozco la reacción que propones, pero he visto que algunas
si pueden ser peligrosas.

Bien, no entres en pánico, ademas antes que eso esté listo debo superar muchos escollos y aún asi, lo mas probable es que no funcione.

Te animo a que sigas incorporando novedades al hilo según vayas progresando.
A diferencia de lo que tú dices, yo creo que si tienes forma de encontrar los materiales
o adaptar cosas de otra procedencia lo más posible es que funcione...
pero incluso aunque no lo haga habrás aprendido bastante.
Una vez hecho todo esto mi consejo es que lo montes en un sitio adecuado,
igual en tu antigua facultad, donde estén las medidas de seguridad adecuadas.

Gracias por las respuestas Alfre te mando un abrazo

De nada amigo, ve con Dios.

[anajesusa]

Re: Sincrociclotrón

Primero no es solo construir el ciclotrón sino que tendrás que tener alguna forma
de medir lo que eso emite y la energía,
y para que se forme algo que después puedas medir
además debes de mantener un tiempo de bombardeo del blanco.
De nada amigo, ve con Dios.

Para hacerlo fácil lo primero que haré al respecto es poner frente a la salida que una de las D tiene por donde salen partículas aceleradas, una plaquita de SZn, esto ya te dice si hay o no chorro, se ve el punto de impacto.
Después veré la forma de adaptar un centelleador que tengo http://anajesusa.spaces.live.com/blo...7871!827.entry, de manera de tener algo mas "científico" para medir, de acuerdo a la masa de la partícula que en mi caso solo serán protones o deuterones el diámetro de los imanes y otros datos puede calcularse la aceleración, bueno para eso me falta una eternidad, por ahora voy adelantado con la cámara de vacío (ensaladera pirex) todas las entradas y salidas eléctricas de rf, vacío y entrada de gases van desde la base para hacerla mas simple. Un poco para prepararme lo que Uds me auguran, estoy haciendo un trabajo de preso, con lija de agua emparejando los bordes de la ensaladera pirex para que asciente perfectamente sobre la junta de caucho (tengo los brazos como popeye el marino de tanto pulir)
Sartie, hola, lamentablemente vivo en una localidad muy pequeña, a unos 400 Km de la universidad de Córdoba, con la que estoy en contacto, pero me resulta poco posible hacer las pruebas ahí.

[Sartie]

Re: Sincrociclotrón

Sartie, hola, lamentablemente vivo en una localidad muy pequeña, a unos 400 Km de la universidad de Córdoba, con la que estoy en contacto, pero me resulta poco posible hacer las pruebas ahí.

no te preocupes, si lo haces con cuidado deberia salir todo bien. No se si tienes que trabajar en vacio, alto vacio o ultra-alto-vacio, pero podria ayudarte, yo estoy en un laboratorio de ultra-alto-vacio y te podria ayudar con dudas al respecto

[anajesusa]

Re: Sincrociclotrón

Si, se trabaja con vacíos importantes orden de 10^-5, 10^-6 torr, tengo de momento una bomba de doble etapa para refrigeración llega mas o menos a 20 micras, estoy en trámites con una difusora, para medir los vacíos lo hago con una resistencia de platino y una electrónica.
Algo que me llama poderosamente la atención es que el inventor del ciclotrón (Lawrence) sello los agujeros con cera de abejas
Va una foto de la campana

Le tengo un poco de miedo a la parte plana superior de la pirex, no sea que me implosione y a la pasada me arranque un ojo, ya veré de poner mas seguridad ahí

[aLFRe]

Re: Sincrociclotrón

Para hacerlo fácil lo primero que haré al respecto es poner frente a la salida que una de las D tiene por donde salen partículas aceleradas, una plaquita de SZn, esto ya te dice si hay o no chorro, se ve el punto de impacto.

¿SZn?
Es genial, recuerdo algo del uso de esas laminitas cuando estudiaba B.U.P.
y las lecciones sobre estructura del átomo.

Después veré la forma de adaptar un centelleador que tengo http://anajesusa.spaces.live.com/blo...7871!827.entry, de manera de tener algo mas "científico" para medir, de acuerdo a la masa de la partícula que en mi caso solo serán protones o deuterones el diámetro de los imanes y otros datos puede calcularse la aceleración, bueno para eso me falta una eternidad, por ahora voy adelantado con la cámara de vacío (ensaladera pirex) todas las entradas y salidas eléctricas de rf, vacío y entrada de gases van desde la base para hacerla mas simple. Un poco para prepararme lo que Uds me auguran, estoy haciendo un trabajo de preso, con lija de agua emparejando los bordes de la ensaladera pirex para que asciente perfectamente sobre la junta de caucho (tengo los brazos como popeye el marino de tanto pulir)

Vaya que nivel tener un detector de centelleo...
supongo que tendrá su tarjeta y su software.
¿ pero eso no se usaba para espectroscopía gamma ?
La verdad es que lo tengo todo muy olvidado.

Bueno... bueno la verdad es que contra más te leo más interesado estoy.
Creo que voy a intentar hacer algo desde aquí...
ser el reportero Gustavo de la teoría detrás de todo esto
intentar hacer cálculos, ver si se pueden conseguir los materiales,
riesgos que se pueden correr y finalmente hacer un applet de java.
Me va a servir para aprender como hacer algo a partir de los libros de teoría.

AÑADIDO : wops... si es que lo tienes tú todo contado en tu espacio,
aquí por ejemplo.
¡ Qué barbaridad !
El detector de centelleo que usamos nosotros en las prácticas, si mal no lo recuerdo,
iba conectado a un PC, no recuerdo la tarjeta y proporcionaba una salida gráfica ( número de cuentas )
en cada uno de los 256 canales que se actualizaba a intervalos de tiempo...
Está muy muy bién todo lo que cuentas.

Sobre lo que comentas... bueno es que aparte de que la campana pueda reventar
no deberías de trabajar sin gafas de protección ¿ estás sacando esquirlas o solo arenilla ?

En fin, un saludo y nos seguimos leyendo.

[Sartie]

Re: Sincrociclotrón

Si, se trabaja con vacíos importantes orden de 10^-5, 10^-6 torr, tengo de momento una bomba de doble etapa para refrigeración llega mas o menos a 20 micras, estoy en trámites con una difusora, para medir los vacíos lo hago con una resistencia de platino y una electrónica.


Le tengo un poco de miedo a la parte plana superior de la pirex, no sea que me implosione y a la pasada me arranque un ojo, ya veré de poner mas seguridad ahí

si tienes una olla express mejor que le pirex porque las presiones de las que hablas son bastante considerables y no se si aguantara la verdad, ahi tienes tu mas experiencia. Y lo de la difusora pues yo no la recomiendo, ya sabes que te puede poner toda la campana llena de aceite, eso ya depende de ti, pero claro, supongo que comprarse una turbo y la electronica de control se escapa a tus presupuesto (mi presupuesto no daria para tanto).
Tapar las fugas con cera de abeja es una gran idea, supongo que como no hace falta baquear para dismiuir aun mas la presion pues entonces no es necesario usar materiales que tengan una presion de vapor baja.