Aceleradores de part Aceleradores de partí ículas y culas y sus aplicaciones sus aplicaciones 

Javier Miranda Instituto de Física, UNAM

¿Qué es un acelerador de partículas? 

•  Dispositivo para producir conjuntos de partículas cargadas con una energía definida 

•  Utiliza campos eléctricos y magnéticos para dar energía a las partículas 

•  Partículas positivas y negativas

Fuerzas eléctricas y magnéticas 

E 

M 

F qE E V F qv B

= ∝

= ×

uur ur

uuur r ur

Aceleradores electrostáticos 

• Van de Graaff • CockroftWalton • Peletrón • Sincrotrón

Acelerador Van de Graaff 

Imán analizador 

Rejillas de regulación 

generador Vóltmetro Puntas de corona 

Polea con generador 

Polea con motor 

Trampa de aire líquido 

Bomba difusora 

Bomba mecánica 

Anillos equipotenciales 

Tubo acelerador 

Fuente de iones 

Terminal de alto voltaje 

Peines de carga 

Fuente de 30 kV 

Colector de tantalio

Acelerador CockroftWalton 

•  Cambridge (1932), creado por J. Cockroft y E. Walton utilizando un multiplicador de voltaje basado en una unidad transformador rectificadorcapacitor 

•  Protones con energías entre 100 y 500 keV. •  Con un haz de protones de 150 keV, observaron la desintegración del núcleo de litio bajo reacción 

7 Li + p → 4 He + 4 He,

Acelerador CockroftWalton

Acelerador Peletrón

Acelerador Peletrón 

Terminal de alta tensión 

Tubos aceleradores Cadena de barras metálicas/plásticas 

Stripper 

Energía cinética final: E = (n +1) eV

Fuente Snics Fuente Alphatross 

Control del Acelerador 

Líneas de Análisis 

Línea de Implantación de  iones 

Tandem Pelletron 3 MV IFUNAM 

Tanque del Acelerator 

Línea de Astrofísica

Sincrotrón

Laboratorio Europeo de Luz Sincrotrón

Sincrotrón

Producción de Rayos X en un Sincrotrón

Electrones en trayectoria curva

Fotones de Rayos X

Interacción ionesátomo

Rayos X L

Rayos Gamma

Rayos X K

Electrón expulsado Ion retrodispersado elásticamente

Iones incidentes

Núcleo

Electrones

Dispositivo Dispositivo Experimental Experimental T Tí ípico pico

Espectro de Rayos X Espectro de Rayos X 

0  5  10  15  20 10 0 

10 1 

10 2 

10 3 

10 4 

10 5 

Sedimento Lacustre 

Zr Sr 

Rb 

Pb As 

Ga 

Zn 

Cu 

Ni 

Fe 

Mn 

Cr 

Ti Ca 

K 

Ar 

Núm

ero de Cuentas 

Energ ía (keV)

Retrodispersión de Rutherford (RBS)

Espectro RBS 

50  100  150  200  250  300  350  400  450  500  550  600  650  700 0 

500 

1000 

1500 

2000 

2500 

3000 

3500 

H +  0.7 MeV Puré de Jitomate Japonés 

Ca 

Na 

O 

C 

Núm

ero de Cuentas 

Energ ía (keV)

Arqueología 

1.E04 

1.E03 

1.E02 

1.E01 

1.E+00 

S  K  Fe  Zn  Pb 

Número de Fotones  Relativos a Calcio 

M1 Exp M1 Limpia M4 Exp M4 Limpia M5 Exp M5 Limpia M5 Rep M6

Arqueología 

Color  Pigmento  Fórmula A Am ma ar ri il ll lo o  L Li im mo on ni it ta a  Ó Óx xi id do os s d de e 

H Hi ie er rr ro o H Hi id dr ra at ta ad do os s 

A Am ma ar ri il ll lo o  O Or ro op pi im me en nt te e  A As s 2 2S S 3 3 R Ro oj jo o  H He em ma at ti it ta a  F Fe e2 2O O3 3 B Bl la an nc co o  C Ca al lc ci it ta a  C Ca aC CO O 3 3 A Az zu ul l  A Az zu ul l M Ma ay ya a ( (? ?) )  O Or rg gá án ni ic co o

Unidad Unidad de de Filtros Filtros Apilados Apilados (SFU) (SFU) Dise Diseñ ño o de de Gent Gent 

Boquilla de Entrada 

Filtro Fracción Gruesa 

Filtro Fracción Fina 

Rotámetro  Reloj 

Bomba de Vacío

Fuentes de Fuentes de aerosoles aerosoles atmosf atmosfé éricos ricos 

V  C r  M n  F e  N i C u  Z n  A s  S e  P b 

A s   B r   Z n 

C   B r   P b  S C  K 

N a   C l   K A l  S i  K  C a T i  M n  F e  S r

NSK en el Centro 

0 

100 

200 

300 

400 

500 

600 

700 

800 

900 

1000 18Jun01 

28Jun01 

08Jul01 

18Jul01 

28Jul01 

07Ago01 

17Ago01 

27Ago01 

06Sep01 

16Sep01 

26Sep01 

Fecha 

Con

centración

 NSK (n

g/m³) 

NSK = K – 0.25 Fe

Análisis de Pulmón Canceroso 

0 

2 

4 

6 

8 

10 

12 

14 

P  S  Cl  K  Ca  Fe 

Concentración (m

g/g) 

Alvarez CibaGeigy Bartsch Suichi

Análisis de Pulmón Canceroso 

0 

20 

40 

60 

80 

100 

120 

140 

Cu  Zn 

Con

centración

 (µg/g) 

Alvarez Figueroa Bartsch Suichi

Microsonda Microsonda de de iones iones 

a  b  c  d 

e 

f g 

h 

i 

j

Haz Haz de de fibras fibras superconductoras superconductoras 

Laboratorio Nacional de Los Alamos

Inclusiones Inclusiones l lí íquidas quidas en en minerales minerales 

MARCO/Melbourne

Irradiaci Irradiació ón con electrones n con electrones •  Alimentos •  Esterilización de materiales 

– Médicos – Cosméticos 

•  Tratamiento de aguas residuales 

•  Modificación de materiales – Plásticos – Neumáticos – Gemas

Irradiaci Irradiació ón de productos pl n de productos plá ásticos y sticos y m mé édicos dicos 

Imágenes cortesía Dr. M.J. Cleland (IBANY)

¿VALE LA PENA ESTUDIAR UNA 

CARRERA CIENTÍFICA O TECNOLÓGICA?

¿Cuánto gasta México en Ciencia y Tecnología? 

2.44 

1.66 

2.64 

0.89 

2.17 

1.04 

3.04 

0.40 

1.87 

0.0 

0.5 

1.0 

1.5 

2.0 

2.5 

3.0 

3.5 

Alemania 

Canadá 

E. U

. A. 

España 

Francia 

Italia 

Japón 

México 

Reino Unido 

Porcentaje de

l PIB en Cienc

ia y Tecno

logía

Número de estudiantes graduados 

2159

6  43476 

28629 

28532 

35029 

73896 

39170 

54472 

3836 

44363 

1357

5 

23362 

6884  2941

7 

18435 

17647  43901 

18894 

65170 

27594 

15841 

27246 

25783 

21679 

64749 

169665 

417479 

0 

50000 

100000 

150000 

200000 

250000 

300000 

350000 

400000 

450000 

Canadá 

Francia 

Alemania 

Italia 

Corea 

México 

España 

Reino Unido 

E.U.A. 

Núm

ero de

 Gradu

ados

  Administración Leyes Ciencias

Estudiantes de licenciatura 1999 

11.9 10.3  9.6 

4.6  4.4  4.1  3.2  3.0  2.9  2.7  2.1  2.1  2.0  1.9  1.6  1.4  1.4 

30.9 

0 

5 

10 

15 

20 

25 

30 

35 Lic. en Derecho

 

Lic. en Adm

inistración 

Con

tado

r Púb

lico 

Inge

niero Indu

strial 

Méd

ico Cirujan

o 

Lic. en Inform

ática 

Arquitecto 

Lic. en Psico

logía 

Ing. en Sistemas Com

put. 

Ing. Electrónico

 

Lic. en Com

unicación 

Inge

niero Civil 

Lic. en Diseñ

o 

Cirujan

o Den

tista 

Inge

niero Mecán

ico 

Inge

niero Químico 

Lic. en Mercado

tecn

ia 

Otras 

Porcentaje del T

otal Naciona

l

Estudiantes de licenciatura 1999 

11.9 

10.3 

0.9 0.2  0.6  0.1 

9.6 

0 

2 

4 

6 

8 

10 

12 

14 

Lic. en Derecho

 

Lic. en 

Adm

inistración 

Con

tado

r Pú

blico 

Biología 

Física 

Matem

áticas 

Química 

Porcentaje del T

otal Nacional

Cociente titulados/egresados 

60%  62% 66%  69% 

91%  85% 

64% 

0% 

10% 

20% 

30% 

40% 

50% 

60% 

70% 

80% 

90% 

100% 

Lic. en Derecho

 

Lic. en 

Adm

inistración 

Con

tado

r Púb

lico 

Biología 

Física 

Matem

áticas 

Química 

Porcentaje de

 Titu

lado

s

Mentiras acerca de la ciencia y los científicos 

•  La ciencia no sirve para nada… 

•  La ciencia es para “cerebritos” 

•  Los científicos son gente rara 

•  En México no se hace investigación 

•  ¡Los científicos se mueren de hambre!

Ventajas de ser científico 

•  Recibir salario por hacer lo que a uno le gusta 

•  Formar parte de una comunidad mundial •  Hacer aportaciones al bienestar común •  Viajar (y que le paguen a uno por ello)

Ingreso mensual de científicos 

5000  7500 9500  12000 

20000 

35000 

50000 

75000 

0 

10000 

20000 

30000 

40000 

50000 

60000 

70000 

80000 

Beca Maestría 

Beca Doctorado 

Posdoctorado 

Investigador Asociado C 

Investigador Titular A 

Investigador Titular B 

Investigador Titular C 

Investigador Emérito 

Ingreso men

sual ($

)

¿Por qué estudiar en la UNAM? •  Tiene la mayor diversidad de carreras y postgrados en el país (73 licenciaturas y 35 postgrados) 

•  Formar parte de la mayor empresa cultural y educativa de México en el siglo XX (¿y del XXI?) 

•  Tiene la mejor infraestructura del país •  Permite conocer gente de todo tipo •  50% de la investigación científica en México se hace en la UNAM 

•  Los profesores son creadores de conocimiento, no sólo transmisores, como en las instituciones privadas

Presencia de la UNAM en México 

Toronto 

San Antonio

La mejor infraestructura del país en educación superior e investigación 

Observatorio Observatorio Astron Astronó ómico mico Nacional Nacional 

Anfiteatro Anfiteatro Sim Simó ón n Bol Bolí ívar var 

Acelerador Acelerador Peletr Peletró ón IFUNAM n IFUNAM 

Ciclotr Ciclotró ón n Facultad de Facultad de Medicina Medicina 

Granja ganadera Granja ganadera Fac Fac. . Med Med. Veterinaria . Veterinaria 

Radio UNAM Radio UNAM 

Bibliotec Bibliotec a a 

Nacional Nacional 

Buque Buque oceanogr oceanográ áfico fico “ “El Puma El Puma” ” 

Estadio Estadio Ol Olí ímpico mpico 

Taller de Taller de Lauder Lauderí ía a Escuela Escuela Nacional de Nacional de M Mú úsica sica 

Lo más importante: todo esto es de USTEDES

Conclusiones •  México necesita científicos y alcanzar un desarrollo tecnológico mínimo URGENTEMENTE 

•  No sólo vale la pena estudiar una carrera científica o tecnológica…¡es necesario hacerlo! 

•  ¡Debe limitarse el ingreso a ciertas carreras! •  La UNAM es la mejor opción para una carrera científica o tecnológica (y, desde luego, otras…)