¿Qué es un acelerador lineal?

Un acelerador lineal es un dispositivo que acelera la materia a alta velocidad moviéndola por un camino lineal con campos electromagnéticos. El término se usa más comúnmente para referirse a un acelerador lineal de partículas, o linac, que acelera átomos o partículas subatómicas. El "acelerador lineal" también puede referirse a dispositivos que usan electromagnetismo para propulsar objetos más grandes, tales como cañones de bobina y cañones de riel. Los aceleradores de partículas lineales se usan comúnmente en medicina, industria y experimentos científicos, y los aceleradores electromagnéticos para objetos más grandes pueden tener aplicaciones futuras para fines tales como viajes espaciales y armas.

Un acelerador lineal de partículas dispara partículas cargadas magnéticamente. Estos pueden ser átomos cargados enteros, llamados iones, o partículas subatómicas como protones y electrones. Primero, la partícula a acelerar es generada por un dispositivo electromagnético como un cátodo o fuente de iones y se libera en una cámara de vacío en forma de tubería revestida de electrodos. Los electrodos se energizan para crear campos magnéticos oscilantes que imparten energía a la partícula y la aceleran por el tubo hacia el objetivo del dispositivo. La disposición precisa de los electrodos dentro del tubo, la potencia y la frecuencia de la energía enviada a los electrodos y el tamaño de los electrodos varían según las partículas que se aceleran y el propósito del dispositivo.

Un ejemplo simple y muy común es el tubo de rayos catódicos, comúnmente utilizado en televisores, monitores y otras tecnologías de visualización. El tubo de rayos catódicos impulsa los electrones por el tubo hasta que alcanzan un objetivo sólido en el extremo del tubo hecho de materiales luminiscentes llamados fósforos, que generalmente son compuestos de sulfuro de metal. Esto hace que parte de la energía de los electrones se libere como una emisión de energía electromagnética en las longitudes de onda que el ojo humano detecta como luz visible. Las máquinas de rayos X utilizadas en medicina e investigación biológica siguen un principio similar, disparando corrientes de electrones hacia cobre, molibdeno o tungsteno para producir emisiones de rayos X que pueden usarse para imágenes o, con dispositivos más potentes, radioterapia.

Los aceleradores lineales de partículas también se utilizan en la investigación científica. Los dispositivos pequeños se utilizan con frecuencia para obtener imágenes en la investigación biológica y arqueológica. Los aceleradores lineales utilizados para la investigación varían mucho en tamaño y pueden alcanzar dimensiones verdaderamente colosales debido a los niveles de energía extremadamente altos necesarios para producir algunos de los fenómenos estudiados en la física moderna. El acelerador lineal de partículas más grande en la Tierra, ubicado en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC (Centro de Acelerador Lineal Stanford) en Menlo Park, California, tiene dos millas de largo.

También se utilizan en algunos procesos industriales. Algunos chips de silicio utilizados en la electrónica moderna se fabrican en un proceso que incorpora aceleradores que impulsan átomos cargados enteros en lugar de partículas subatómicas, lo que permite una colocación muy precisa de los átomos durante la producción. Los aceleradores también se pueden utilizar para implantar iones en la superficie de materiales como el acero, alterando la estructura del material para hacerlo más resistente a la corrosión química por grietas.

El término "acelerador lineal" también se usa a veces para dispositivos que impulsan objetos más grandes de manera similar, utilizando el electromagnetismo para acelerar un proyectil a lo largo de un camino recto. Estos funcionan haciendo pasar electricidad a través de una bobina de metal envuelta alrededor del cañón del dispositivo, un diseño llamado un cañón de bobina, un controlador de masa o una pistola Gauss, o a través de un par de rieles metálicos colocados paralelos entre sí, llamado cañón de riel. Un objeto hecho de un material ferromagnético, como el hierro, puede acelerarse por el barril del dispositivo con los campos magnéticos producidos por las corrientes eléctricas debidamente sincronizadas. Las bobinas se han propuesto como una posible forma de lanzar cargas desde la superficie de la Tierra hacia el espacio exterior, y tanto las bobinas como los cañones de riel se están investigando como posibles armas.