En la física del acelerador, el enfoque fuerte o el enfoque de gradiente alterno es el principio de que el efecto neto sobre un haz de partículas cargadas que atraviesan gradientes de campo alterno es hacer que el haz converja. Por el contrario, el enfoque débil es el principio de que los círculos cercanos, descritos por partículas cargadas que se mueven en un campo magnético uniforme, solo se cruzan una vez por revolución.
El teorema de Earnshaw muestra que el enfoque simultáneo en dos direcciones a la vez es imposible. Sin embargo, los polos estriados de un ciclotrón o dos o más imanes cuadrupolos espaciados (dispuestos en cuadratura ) se enfocan alternativamente horizontal y verticalmente. [1] [2]
El enfoque fuerte fue concebido por primera vez por Nicholas Christofilos en 1949, pero no se publicó (Christofilos optó por patentar su idea), [3] En 1952, el principio de enfoque fuerte fue desarrollado independientemente por Ernest Courant , M. Stanley Livingston , Hartland Snyder y J. Blewett en el Laboratorio Nacional de Brookhaven , [4] [5] quien luego reconoció la prioridad de la idea de Christofilos. [6] Las ventajas de un enfoque fuerte se descubrieron rápidamente y se implementaron en el Sincrotrón de gradiente alterno .
Courant y Snyder encontraron que el efecto neto de alternar el gradiente de campo era que tanto el enfoque vertical como el horizontal de los protones podían fortalecerse al mismo tiempo, lo que permitía un control estricto de las rutas de los protones en la máquina. Esto aumentó la intensidad del haz al tiempo que reduce el costo total de construcción de un acelerador más potente. La teoría revolucionó el diseño del ciclotrón y permitió el empleo de intensidades de campo muy altas, al tiempo que redujo enormemente el tamaño de los imanes necesarios al minimizar el tamaño del haz. La mayoría de los aceleradores de partículas actuales utilizan el principio de enfoque fuerte.
Imanes multipolares
Los sistemas modernos a menudo utilizan imanes multipolares, como imanes cuadrupolo y sextupolo , para enfocar el haz hacia abajo, ya que los imanes dan un efecto de deflexión más poderoso que los sistemas electrostáticos anteriores a energías cinéticas de haz alto. Los imanes multipolares reenfocan el haz después de cada sección de deflexión, ya que las secciones de deflexión tienen un efecto de desenfoque que se puede contrarrestar con una 'lente' de imán convergente.
Esto se puede mostrar esquemáticamente como una secuencia de lentes divergentes y convergentes. Los cuadrupolos a menudo se colocan en lo que se denominan patrones FODO (donde F enfoca verticalmente y desenfoca horizontalmente, y D enfoca horizontalmente y desenfoca verticalmente y O es un imán de espacio o deflexión). Siguiendo las partículas del haz en sus trayectorias a través de la disposición de enfoque, se vería un patrón oscilante.
Modelo matematico
La acción sobre un conjunto de partículas cargadas por un conjunto de imanes lineales (es decir, solo dipolos, cuadrupolos y las regiones de deriva sin campo entre ellos) se puede expresar como matrices que se pueden multiplicar juntas para dar su efecto neto, utilizando una matriz de transferencia de rayos. análisis . [7] Los términos de orden superior como sextupolos, octápolos, etc. pueden tratarse mediante una variedad de métodos, dependiendo de los fenómenos de interés.
Ver también
- Pistola de electrones : utiliza campos simétricos cilíndricos, como los que proporciona un cilindro Wehnelt para enfocar un haz de electrones.
- Maglev : también se ha sugerido el uso de un enfoque fuerte
- Imán cuadrupolo
- Imán de sextupolo
- Nicholas Christofilos - el científico que concibió el enfoque fuerte
Referencias
- ^ Courant, ED ; Snyder, HS (enero de 1958). "Teoría del sincrotrón de gradiente alterno" (PDF) . Annals of Physics . 3 (1): 360–408. Código Bibliográfico : 2000AnPhy.281..360C . doi : 10.1006 / aphy.2000.6012 .
- ^ El concepto de gradiente alterno
- ^ Christofilos, Carolina del Norte (1950). "Sistema de enfoque para iones y electrones". Patente de Estados Unidos Nº 2.736.799 .
- ^ Courant, ED ; Livingston, MS ; Snyder, HS (1952). "El sincrotrón de enfoque fuerte: un nuevo acelerador de alta energía". Revisión física . 88 (5): 1190-1196. Código Bibliográfico : 1952PhRv ... 88.1190C . doi : 10.1103 / PhysRev.88.1190 . hdl : 2027 / mdp.39015086454124 .
- ^ Blewett, JP (1952). "Enfoque radial en el acelerador lineal". Revisión física . 88 (5): 1197-1199. Código Bibliográfico : 1952PhRv ... 88.1197B . doi : 10.1103 / PhysRev.88.1197 .
- ^ Courant, ED ; Livingston, MS ; Snyder, HS ; Blewett, J. (1953). "Origen del principio de" enfoque fuerte ". Revisión física . 91 (1): 202-203. Código bibliográfico : 1953PhRv ... 91..202C . doi : 10.1103 / PhysRev.91.202.2 .
- ^ Enfoque de haz
enlaces externos
- Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley: World of Beams