Un acelerador de gradiente alterno de campo fijo ( FFA , también abreviado FFAG ) es un concepto de acelerador de partículas circular que se puede caracterizar por sus campos magnéticos independientes del tiempo ( campo fijo , como en un ciclotrón ) y el uso de enfoque fuerte de gradiente alterno ( como en un sincrotrón ). [1] [2]
En todos los aceleradores circulares, los campos magnéticos se utilizan para curvar el haz de partículas. Dado que la fuerza magnética requerida para doblar el haz aumenta con la energía de las partículas, a medida que las partículas se aceleran, sus trayectorias aumentarán de tamaño o el campo magnético debe aumentar con el tiempo para mantener las partículas en una órbita de tamaño constante. Las máquinas de campo fijo, como los ciclotrones y los FFA, utilizan el primer enfoque y permiten que la trayectoria de las partículas cambie con la aceleración.
Para mantener las partículas confinadas en un haz, se requiere algún tipo de enfoque. Las pequeñas variaciones en la forma del campo magnético, manteniendo la misma dirección general del campo, se conocen como enfoque débil. El enfoque de gradiente fuerte o alterno implica campos magnéticos que apuntan alternativamente en direcciones opuestas. El uso de enfoque de gradiente alterno permite haces más enfocados y cavidades de acelerador más pequeñas.
Los FFA usan campos magnéticos fijos que incluyen cambios en la dirección del campo alrededor de la circunferencia del anillo. Esto significa que el haz cambiará de radio en el transcurso de la aceleración, como en un ciclotrón, pero permanecerá más enfocado, como en un sincrotrón. Por lo tanto, los FFA combinan imanes fijos relativamente menos costosos con un mayor enfoque del haz de máquinas de enfoque potentes. [3]
El concepto inicial del FFA se desarrolló en la década de 1950, pero no se exploró activamente más allá de unas pocas máquinas de prueba hasta mediados de la década de 1980, para su uso en fuentes de espalación de neutrones , como impulsor de colisionadores de muones [1] y para acelerar muones en un fábrica de neutrinos desde mediados de la década de 1990.
El renacimiento de la investigación FFA ha sido particularmente fuerte en Japón con la construcción de varios anillos. Este resurgimiento ha sido impulsado en parte por los avances en las cavidades de RF y en el diseño de imanes. [4]