Un feix de partícules és un corrent de partícules carregades o neutres que no siguin fotons. En els acceleradors de partícules, aquestes partícules es poden moure a una velocitat propera a la velocitat de la llum. Hi ha una diferència entre la creació i el control de feixos de partícules carregades i feixos de partícules neutres, ja que només el primer tipus pot ser manipulat en una mesura suficient mitjançant dispositius basats en l'electromagnetisme. La manipulació i el diagnòstic de feixos de partícules carregades a altes energies cinètiques mitjançant acceleradors de partícules són temes principals de la física dels acceleradors.

Fonts Les partícules carregades com ara electrons, positrons i protons es poden separar del seu entorn comú. Això es pot aconseguir mitjançant processos com l'emissió termoiònica o la descàrrega d'arc. Els dispositius següents s'utilitzen habitualment com a fonts de feixos de partícules:

Font d'ions Tub de raigs catòdics, o més concretament en una de les seves parts anomenada canó d'electrons. Això també forma part de les pantalles tradicionals de televisió i ordinador. Els fotocàtodes també es poden integrar com a part d'un canó d'electrons, utilitzant l'efecte fotoelèctric per separar les partícules del seu substrat.T. J. Kauppila et al. (1987), A pulsed electron injector using a metal photocathode irradiated by an excimer laser, Proceedings of Particle Accelerator Conference 1987 Els feixos de neutrons poden ser creats per feixos de protons energètics que impacten sobre un objectiu, per exemple, de material de beril·li.

Manipulació Acceleració Els feixos carregats es poden accelerar encara més mitjançant cavitats de microones d'alta ressonància, de vegades també superconductores. Aquests dispositius acceleren les partícules mitjançant la interacció amb un camp electromagnètic. Com que la longitud d'ona dels dispositius macroscòpics buits i conductors es troba a la banda de radiofreqüència (RF), el disseny d'aquestes cavitats i altres dispositius de RF també forma part de la física dels acceleradors.

Més recentment, l'acceleració de plasma ha sorgit com una possibilitat per accelerar partícules en un medi plasma, utilitzant l'energia electromagnètica dels sistemes làser d'alta potència pulsats o l'energia cinètica d'altres partícules carregades. Aquesta tècnica està en desenvolupament actiu, però actualment no pot proporcionar feixos fiables de qualitat suficient.

Guiatge En tots els casos, el feix es dirigeix amb imants dipolars i s'enfoca amb imants quadrupolars. Amb l'objectiu final d'assolir la posició i la mida de la punta del feix desitjada a l'experiment.

Aplicacions Física d'alta energia Els feixos de partícules d'alta energia s'utilitzen per a experiments de física de partícules en grans instal·lacions; els exemples més comuns són el Gran Col·lisionador d'Hadrons i el Tevatró.

Radiació de sincrotró Els feixos d'electrons s'utilitzen en fonts de llum de sincrotró per produir radiació de raigs X amb un espectre continu sobre una àmplia banda de freqüència que s'anomena radiació de sincrotró. Aquesta radiació de raigs X s'utilitza a les línies de llum de les fonts de llum de sincrotró per a una varietat d'espectroscòpies (XAS, XANES, EXAFS, μ-XRF, μ-XRD) per tal d'investigar i caracteritzar l'estructura i l'especiació química de sòlids i materials biològics.

Teràpia de partícules Els feixos de partícules energètiques que consisteixen en protons, neutrons o ions positius (també anomenats microfeixos de partícules) també es poden utilitzar per al tractament del càncer en la teràpia de partícules.

Els acceleradors lineals utilitzen un feix d'electrons a una velocitat propera a la de la llum per tractar càncers profunds en pacients. Es pot moure una diana de tungstè/molibdè dins del feix per crear raigs X per tractar càncers superficials.

Astrofísica i Física de l'espai Molts fenòmens en astrofísica s'atribueixen a feixos de partícules de diversos tipus. Els científics utilitzen les ràfegues de ràdio solars de tipus III, els polsos de ràdio més característics i comuns del Sol, com a eina per entendre millor els feixos d'electrons accelerats pel sol. A més, els feixos de partícules causen inestabilitats en interactuar amb el plasma, cosa que pot conduir a condicions que provoquen ones solitàries electroestàtiques.

Militars L'Agència de Projectes de Recerca Avançats dels Estats Units va començar a treballar en armes de feix de partícules el 1958. La idea general d'aquest tipus d'armament és impactar un objecte objectiu amb un corrent de partícules accelerades amb alta energia cinètica, que després es transfereix als àtoms o molècules de l'objectiu. La potència necessària per projectar un feix d'alta potència d'aquest tipus supera les capacitats de producció de qualsevol central elèctrica estàndard de camp de batalla, per tant, no es preveu que es produeixin aquestes armes en un futur previsible.

Referències

Categoria:Física