¿Qué es un Sincrotrón?
Un sincrotrón es un acelerador que controla el campo eléctrico de alta frecuencia que acelera la velocidad de las partículas cargadas (electrones con carga negativa y protones con carga positiva e iones positivos) y el campo magnético que desvía su trayectoria, de modo que el remolino pueda mantenerse en una circunferencia constante.
Mientras que los ciclotrones tienen un radio de giro cada vez mayor, los sincrotrones pueden controlar la energía cinética de las partículas cargadas que acaban extrayéndose asegurando que se mantiene constante. Esto también elimina los problemas asociados a los efectos de la relatividad.
Usos de los Sincrotrones
Los sincrotrones se utilizan a menudo en experimentos de física porque producen haces de partículas de energía extremadamente alta. Algunos ejemplos concretos son los experimentos de colisión de alta energía y los experimentos que utilizan radiación de sincrotrón.
Los rayos X de alto brillo obtenidos como radiación sincrotrón también pueden aplicarse al análisis de fluorescencia de rayos X y al análisis de estructuras cristalinas por difracción de rayos X, proporcionando información que no puede obtenerse utilizando rayos X ordinarios. Por tanto, contribuyen a investigaciones químicas y biológicas que antes no podían realizarse, como la observación de defectos diminutos en materiales, la identificación de isótopos en muestras y la investigación de la estructura tridimensional detallada de las proteínas.
Además, a veces se utilizan en la terapia con haces de partículas (partículas pesadas y haces de protones). Los haces de partículas son un tipo de radioterapia que se utiliza actualmente en el tratamiento del cáncer. La radioterapia de partículas atrae la atención por sus ventajas terapéuticas frente a la radioterapia convencional con rayos X (que se consideran ondas electromagnéticas en el campo del tratamiento).
Principio de los Sincrotrones
Los electroimanes se organizan en forma de anillo, creando un camino para las partículas cargadas, mientras se establece un punto central (campo eléctrico) donde se aplica un voltaje de alta frecuencia. El objetivo de estos electroimanes es inducir una curvatura en las partículas cargadas, forzándolas a una órbita circular. La fuerza magnética emplea la fuerza de Lorentz para curvar la trayectoria de estas partículas. La intensidad del campo magnético se ajusta de acuerdo a la velocidad de las partículas, asegurando una trayectoria constante.
Para que las partículas cargadas puedan ser atraídas y aceleradas por la fuerza electrostática, se aplica una tensión de alta frecuencia en el espacio, sintonizada con la frecuencia adecuada. Esto significa que si hay una carga opuesta ubicada delante de la partícula cargada en su trayectoria, la partícula será impulsada hacia adelante.
Cuando pasa, el voltaje se invierte para que la partícula cargada sea impulsada por la repulsión de las cargas al pasar. Al hacer esto periódicamente, las partículas pueden ser aceleradas, y ajustando el periodo de conmutación de voltaje, la velocidad puede ser controlada a una velocidad objetivo. Las partículas cargadas se extraen acelerándolas en una órbita circular de radio fijo y expulsándolas finalmente tangencialmente a la circunferencia.
Más Información sobre los Sincrotrones
Características de la Radioterapia con Partículas Pesadas
Un importante campo de aplicación de los sincrotrones es la radioterapia con partículas pesadas, de la que se sabe que ofrece ventajas no disponibles hasta ahora en el tratamiento del cáncer. La radioterapia con partículas pesadas consiste en la irradiación de partículas pesadas, cuya masa es mayor que la de los electrones y protones. Toda la radioterapia con partículas pesadas que se utiliza actualmente en la práctica emplea iones de carbono.
Los haces de partículas se caracterizan por su naturaleza fuertemente particulada, que hace que las partículas se detengan dentro del cuerpo (a diferencia de los rayos X, que tienen fuertes propiedades ondulatorias). Como las partículas transmiten energía cinética residual a su entorno cuando se detienen, si la energía del haz de partículas se controla adecuadamente, pueden golpear cánceres a profundidades específicas de forma concentrada, lo que las hace eficaces contra cánceres profundos dentro del cuerpo.
Los rayos X se han utilizado en radioterapia contra el cáncer, pero penetran en el organismo debido a su fuerte naturaleza ondulatoria. Por ello, cuando se utilizan rayos X para el tratamiento del cáncer, se han ideado métodos para atacarlo intensamente irradiando desde múltiples direcciones, aprovechando las propiedades de la radiación.
Los haces de partículas tienen un mayor impacto en el organismo vivo que los rayos X, por lo que su capacidad para destruir las células cancerosas también es mayor. Cuanto más pesada es la partícula en un haz de partículas, mayor es su poder de destrucción, siendo los haces de partículas pesadas más potentes que los haces de protones. La radioterapia con partículas pesadas ha demostrado su eficacia en el tratamiento de cánceres como los sarcomas, difíciles de tratar con radioterapia convencional, y se han confirmado otras superioridades.