electromagnetismo

XIV Seminario de Ing. Biomédica 2004
Facultades de Medicina e Ingeniería - Univ. de la República Oriental del Uruguay

1

Principios y elementos de un ciclotrón
(Junio de 2005)
Ramiro Moreira, ramiroc@montevideo.com.uy
Resumen—En este trabajo se analizan lo principios y
elementos de un ciclotrón. Inicialmente se estudian algunos
especificaciones del ciclotrón, luego se centra en elprincipio de
funcionamiento y los tipos de ciclotrón. Se describen las
características de ocupación, consumo, mantenimiento y servicios
anexos necesarios. También se ve el caso concreto de uso de un
ciclotrón en la aplicación clínica. Por último se listan los
ciclotrones existentes en el cono sur.

I. INTRODUCCIÓN

E

L ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas ideado
en 1931 porErnest O. Lawrence y M. Stanley
Livingstone, en la Universidad de Berkley (California),
como acelerador de partículas cargadas. El método directo de
acelerar iones utilizando la diferencia de potencial presentaba
grandes dificultades experimentales asociados a los campos
eléctricos intensos, Lawrence y Livingstone idearon el
ciclotrón que evita estas dificultades por medio de la
aceleraciónmúltiple de los iones hasta alcanzar elevadas
velocidades sin el empleo de altos voltajes.
Los aceleradores de mayor potencia que se construyen
actualmente son muy costosos, invirtiéndose más de la mitad
de los gastos en la construcción de grandiosos imanes para
aceleradores: son los imanes más grandes y costosos del
mundo. Son los elementos imprescindibles de la mayoría de
los aceleradoresde partículas cargadas (ciclotrones). Y
aunque el campo magnético en los aceleradores no supera los
15-17 mil Oe, los aceleradores ostentan los récords dentro de
las máquinas más grandes que se utilizan en las
investigaciones físicas y en la técnica.
Un ciclotrón es básicamente una cámara cilíndrica de alto
vacío en la que mediante un campo magnético paralelo al eje
del cilindro y un sistemade radiofrecuencia para generar un
campo eléctrico alternante, es posible acelerar a energías muy
elevadas (~10 MeV) partículas elementales (como protones y
deuterones) producidas mediante una fuente de iones situada
en el centro de la cavidad. Estas partículas se hacen chocar
con los blancos, en los que tienen lugar reacciones nucleares
que llevan a la obtención de los isótopos emisores deXIV Seminario de Ing. Biomédica 2004
Facultades de Medicina e Ingeniería - Univ. de la República Oriental del
Uruguay
Monografía vinculada a la conferencia de la Dra. Henia Balter sobre
"Ciclotrón y PET del núcleo atómico a la imagen molecular por tomografía de
emisión de positrones" del 27 de mayo de 2005.

positrones, que serán finalmente utilizados para sintetizar los
diferentesradiofármacos. Existen una gran variedad de ellos
dependiendo de la potencia (intensidad del haz), la energía
hasta la cual se pueden acelerar las partículas-proyectil, los
blancos a utilizar, etc..
Los físicos crearon los aceleradores con dos fines
principales: para descubrir partículas nuevas o investigar la
estructura de los objetos del micromundo (es decir, las propias
partículas). Laspartículas desconocidas anteriormente pueden
obtenerse en el acelerador durante la interacción de las
partículas aceleradas con los núcleos de diversos elementos.
El estudio de las pequeñísimas estructuras del micromundo en
los aceleradores se funda en que el flujo de partículas
aceleradas, de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica,
se puede presentar como ondas de determinada longitud.Cuanto mayor es la energía de la partícula acelerada, tanto
menor es la longitud de la onda. De la física se conoce que son
visibles solamente los objetos, cuyas dimensiones lineales
superan la longitud de la onda (las ondas luminosas tienen una
longitud relativamente grande y, por eso, las posibilidades del
microscopio corriente de observar objetos pequeños son muy
limitadas[1].

Fig....