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M.Pont Foro Nuclear 12/07/2017
� Aceleradores de partículas
� Fuentes de radiación sincrotrón
� Sincrotrón ALBA
M.Pont Foro Nuclear 12/07/2017
Radioterapia
Adronterapia
Implantacion ionica
Procesos industriale
Biomedicina
Produccion isotopos
Investigacion fundamental
Radioterapia
Teràpia amb ions
Implantació iónica
Processos industrials
Biomedicina
Producció isòtops
Investigació bàsica
Radioterapia
Implantación iónica
Investigación básica
En el mundo hay más de 35000
aceleradores de partículas en funcionamiento
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Rayos X para
tratamiento de tumores
Implantación iónica en la industria
electrónica (dopantes)
Aceleradores para usos industriales
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Partículas cargadas
Electrons (-)
Protons (+)
Campos eléctricos
Campos magnéticos
Acelerador de partículas
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CLHC = 27 km, Ecm=13 TeV
Investigación básica: Colisionadores
2 haces de partículas que colisionan
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Nuevo proyecto: Future Circular Collider (2035)
C = 80-100 km, alcanzando E = 100 TeV
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Partículas cargadas + E + B
� Aumento energía
� Máxima luminosidad
Investigación básica: Colisionadores
Courtesy of L.Bottura, CERN
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Investigación básica:
Fuentes de radiación sincrotrón
Partículas cargadas + E + B
� emisión de radiación electromagnética
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1 eV 10 eV 100 eV 1 keV 10 keV 100 keV
Energy
10 13
10 14
10 9
10 10
10 11
10 12
10000 1000 100 10 1 0.1
Wavelength (Å)
10 8
10 7
Numberof photons/s
RS
X-ray tubesun
� Cubre un amplio rango de longitudes de onda,
con el máximo en la región de los rayos x
� Es de muy alta intensidad
� Haz de luz extremadamente colimado
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Reflexión
Difracción
Fotoemisión
Microscopia
Dispersión
Absorción
Fluorescencia
Haz de luz
La interacción entre luz y materia es fundamental para
obtener información sobre las propiedades de la materia
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Producción de e-
Aceleración de e-
Emisión de rayos x
Lineas de luz
1
2
3
4
Acelera electrones
C = 268.8 m
E = 3.0 GeV (4.8-10 J)
Sincrotrón ALBA
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Producción de electrones
� Por emisión termoiónica: Depende de la capacidad de los electrones de
escapar de un sólido al aplicar calor
� BaO embebido en Tungsteno
� Temperaturas ≈ 1200ºC
� 100 kV para acelerar electrones
� 60% de la velocidad de la luz
100.000 V
1
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Acceleración hasta altas velocidades:
99.999998 % de la velocidad de la luz
Campos eléctricos oscilantes
Cavidad de RF
E ≈ 10.000.000 V/m
a
500 MHz
Consumo eléctrico d’ALBA: 3.5 MW
F = q E
2
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Para guiar los electrones se utilizan campos magnéticos
� Imanes dipolares: mantener órbita circular
� Imanes cuadrupolares: focalizar los electrons
B = 1.4 TCampo magnético terrestre 25-50 µT
G =20 T/mF = q (v x B)
2
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Los imanes dipolares son también los responsables
de la emisión de radiación sincrotrón
Iman dipolar
Haz de electrones Radiaciónsincrotrón
Emisión de luz de sincrotrón3
Haz de electrones
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4. Emisión de rayos x
1. Electrones viajando
indefinidamente
5. El haz de luz es
extremadamente colimada.
Muestra a decenas de metros
Ultra alto vacío(10-10 mbar)
Limpieza, cámara de vacío
Peligro de irradiación – protección radiológica
Búnquer (túnel)
2. Campos magnéticos para
guiar e-electroimanes + fuentes de alimentación
Refrigeración
Potencia eléctrica
Estabilidad mecánica: vibraciones y deformaciones
Losa estructural, control temperatura, vibraciones
3. Campos eléctricos para
acelerar e-Voltajes muy elevados – fuentes de alimentación
Refrigeración
Potencia eléctrica
Características Requerimientos técnicos
Tecnología
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• Atraviesan la materia
� radiografias, microscopia, tomografia
• Se corresponden con transiciones de niveles electrónicos
� espectroscopia
• Tienen longitudes de onda similares a las distancias
interatómicas
� difracción
Los rayos X son útiles porque
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MSPD
Materials Science and Powder Diffraction
NCD
Non Crystalline Diffraction
XALOC
Macromolecular Crystallography
BOREAS
Resonant
Absorption and Scattering
MISTRAL
Soft X-ray microscope
CLAESS
Absorption
& Emission Spectroscopy
8 LINEAS OPERATIVAS
3 LINEAS en CONSTRUCCION
CIRCE
Photoemission Spectroscopy
and Microscopy
MIRAS
Infrared
LOREA
Low energy spectroscopy
XAIRA
Macromol. Crystallography (2)
NOTOS
Instrumentación + ABS
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Biomaterials
NCD
XALOC
MISTRAL
Fibres, polimers and biological solutions
Proteins and Virus structure
Cells
MaterialsCLÆSS Chemical analysis, chemical reactions and Environment
MSPD Material structure, Pharmaceutical Compounds, Geologycal
material, Ceramic, ...
NanotechnologyCIRCE Nanodevice microscopy
Nanomaterial magnetismBOREAS
ALBA BEAMLINES
MIRAS Cells, virus structures
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Mediante la técnica de la difracción se determinan estructuras de macromoléculas (proteinas, virus, fármacos ....)
Cristalografía de macromoléculas
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Patrón de difracción a 0.15 nmde resolución
rayos X
Proteina cristalizada
Cristalografía de macromoléculas
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)()](2exp[)(1
xyzlzkyhxihklFV hkl
ρπ =++−∑
centenares de imágenesde difracción
Imagen 3d
densidad electrónicade la macromolécula
AlkB
Fe2+
Cristalografía de macromoléculas
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� PDB (Protein Data Bank) és un banco de datos a nivel mundial para
estructuras moleculares
� Se determinan 9000 estructuras anuales
� > 85% determinadas con cristalografía (en sincrotrones)
� 5 premios nobeles desde 2000
Cristalografía de macromoléculas
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Resumen
� El sincrotron ALBA es la instalación científica más importante de España
� Los aceleradores están en marcha 6000 h/año, 24h/día
� Cada año se reciben en ALBA más de 250 experimentos (factor 2 sobre suscripción)
� La tecnología desarrollada en el campo de los aceleradores de partículas para
investigación básica ha transcendido su ámbito de aplicación inicial
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