En qué consiste un ciclotrón
Por: CEO Serofca. MsC. Omar Arias
En esta oportunidad en nuestro espacio aprendiendo + conversaremos con el Dr. Miguel Martin sobre en qué consiste un ciclotrón
El Dr. Miguel Martin comienza haciendo un poco de historia: “el ciclotrón antes que nada es un es un acelerador de partículas como pudiera ser el caso de los acelerados lineales pero tiene un diseño muy innovador y un origen bastante lejano en el siglo 20 cuando Ernest Lawrece y Stanley desarrollaron el concepto del primer ciclotrón en el año 1930 era un equipo pequeño, vamos a pensar que en ese tiempo el laboratorio era muchas veces un espacio que no tiene nada que ver con los modernos lugares donde se encuentran aceleradores de partículas ni las instalaciones ni siquiera de uso médico eran cosas sumamente reducidas.
Los ciclotrones tienen la propiedad de emitir partículas cargadas a energías muy altas que va a depender del tamaño del ciclotrón. Un acelerador lineal típico tiene una serie de electrodos entre los cuales se establecen diferencias de potencial, las partículas en este caso podrían ser iones o podían ser electrones son emitidos por una fuente, hay una diferencia de potencial eléctrico de una manera alternante entre los electrodos sucesivos, lo que da origen es que las partículas acelerada tiene una especie de sincronicidad, las partículas cambian su energía, cambia su velocidad pero esa incremento de velocidad hace que los electrodos tengan que ser sucesivamente más largos para garantizar que la siguiente vez que se le entrega una energía la partícula llega justamente a la brecha que hay entre dos electrodos en el momento correcto o sea de alguna forma al yo poner los Pilares esos electrodos entre potenciales positivos negativos de una manera alterna yo estoy creando una especie de guía para un grupo de partículas cargadas que se van a mover a lo largo de la dirección del acelerador lineal pero los electrodos tienen que ser consecutivamente más largo hubo soluciones a eso donde los aceleradores lineales modernos de alta energía realmente son en círculo pero hay unos puntos donde son magnéticamente desviadas las el ciclotrón que tiene una construcción similar tiene un par de electrodos puede tener más en principio entre los cuales se establece una diferencia de potencial alternan periódicamente con una determinada frecuencia cualquier partícula que se encuentre en la brecha va a sufrir una aceleración que la va a llevar de un electrodo al otro pero una vez que ingresan ese electrodo el electrodo tiene la misma energía potencial en toda su extensión tiene el mismo potencial eléctrico en toda su extensión de manera que no hay más aceleración la partícula Solamente se puede acelerar justamente en la brecha entre los dos electrodos, se aplica un campo magnético en forma perpendicular de modo que las partículas sufren una fuerza que es la combinación del campo eléctrico y la fuerza debido al campo magnético eso se conoce como una fuerza de Lorentz, en el interior del electrodo no hay el campo eléctrico campo, lo que queda remanente es la fuerza debido a la componente del campo magnético y eso hace que haya un giro describiendo una trayectoria semicircular hasta que llega de nuevo la partícula al punto de la brecha entre los dos electrodos, la partícula tarda en dar esta vuelta una determinada cantidad de tiempo, si no entra en forma sincrónica la partícula se frena, pero eventualmente esa oscilación que hay entre los dos electrodos va produciendo un paquete de partículas no una sola que en principio está sincrónicamente colocado con respecto a la oscilación que hay entre los dos esa frecuencia en un ciclotrón se llama frecuencia de ciclotrón y depende de la carga de la partícula o ion que se esté utilizando, del campo magnético y de la masa, no depende de la velocidad las partículas van a ir adquiriendo cada vez más velocidad o más energía cinética o más energía en general y esas partículas van a siempre girar con la misma frecuencia. Se pueden crear armónicos, múltiplos de la frecuencia original y eso va a generar paquetes de partículas que están desfasados, eso permite enviar un paquete a un banco y un poco después a otro lado y puedo hacer múltiples irradiaciones de múltiples blancos y producir diferentes salidas.”
La energía para un radio determinado va depender del radio, del campo magnético y de la carga, el factor que caracteriza el ciclotrón es una constante, que para protones depende del campo magnético y del radio máximo y nos da la energía máxima de salida.
En la siguiente lamina podemos observar un ciclotrón típico, consta de la fuente de iones, de los electrodos (Ds), bombas de vacío, embobinado para crear el campo magnético y el blanco. El ciclotrón se encuentra dentro de un bunker blindado adecuadamente.
Los ciclotrones de uso médico tienen una dimensión de unos 5m x 5m autoblindados. El Dr Matin presenta un documento de la OIEA donde aparece un lista de los isotopos radiactivos que se pueden producir en un ciclotrón, titulado “tecnical reports series no 468 cycloton produced radionucleides: physical characteristics and production methods”
En la siguiente tabla se indica los radioisótopos producidos para PET y SPECT
Los primeros 4 tiene un tiempo de vida muy corto, por lo cual estos ciclotrones para producir estos radionúclidos deben estar muy cerca de los centros de salud. En la tabla también se indica la reacción nuclear que ocurre en el banco para producir el radionúclido. En la tabla se indica entre paréntesis la partícula que va a colisionar con el blanco, con la letra p que corresponde a protones.
Para producir los radionúclidos hay que tener los blancos, por lo general son muy costosos.
Para observar conversatorio ingresar al siguiente enlace de vídeo:
