El ciclotrón, funcionamiento y usos

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El Ciclotrón Origen, funcionamiento y usos

Pedreira, S. - 2021

14. Fin

13. Preguntas

12. Producción de radiofármacos

11. Usos médicos de ciclotrón

10. Valor de la velocidad

9. Región entre las "D"

8. Valor de la fuerza magnética

7. Regla de Fleming

6. Fuerza magnética sobre la partícula

5. Trayectoria de la partícula cargada

4. Componentes principales

3. ¿Cómo funciona?

2. Surgimiento

1. ¿Qué es?

índice

El ciclotrón es un acelerador de partículas cargadas

M. Stanley Livingston (a la izquierda) y E. Lawrence cerca del ciclotrón de 27 pulgadas en el Laboratorio de Radiación (1934). Fuente: Departament of Energy. En Wikimedia.org.

a Lawrence se le ocurre la idea

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¿Cómo funciona el ciclotrón?

Componentes principales

• Dos electroimanes.
• Fuente de corriente alterna.
• Dos electrodos huecos en forma de D.

Trayectoria de una partícula cargada en el ciclotrón

La línea punteada muestra la trayectoria que describe la partícula cargada que ingresa por la zona intermedia entre los electrodos del ciclotrón. Observar que los radios van aumentando cada vez que pasa dicha zona.

Fuerza magnética sobre una partícula con carga positiva

La partícula cargada experimenta una fuerza magnética que es perpendicular a la velocidad y al campo magnético. Su dirección y sentido se determina aplicando la regla de la mano izquierda o regla de Fleming.

Representación de la velocidad y la fuerza magnética sobre la partícula cargada en diferentes posiciones de su trayectoria

Aplicación de la regla de Fleming

Valor de la fuerza magnética

es el módulo de la velocidad

es el valor de la carga de la partícula

es el ángulo formado entre la velocidad y el campo magnético

es el módulo del campo magnético

La fuerza magnética se puede determinar usando la Ley de Lorentz

Entre los electrodos se genera un campo eléctrico que varía su sentido de forma periódica. Cuando esta partícula cargada ingresa en dicha zona, el campo eléctrico le ejerce una fuerza en el sentido de su movimiento y así es acelerada.

Región entre las "D"

Recordar que la fuerza magnética, es centrípeta.

La velocidad es mayor al ingresar en la otra "D"

Nuevamente la partícula es acelerada y va a ingresar a la zona donde se encuentra el campo magnético con una velocidad mayor. Por lo tanto, va a describir una circunferencia de mayor radio. El proceso se repite tantas veces como lo permita el radio de los electrodos huecos.

Región entre las "D"

despejamos el módulo de la velocidad:

La fuerza magnética es centrípeta

Valor máximo de la velocidad

simplificamos:

al igualar las dos expresiones:

El módulo de la velocidad de escape de la partícula del ciclotrón va a depender de su masa y de su carga, del valor del campo magnético y del radio máximo que pueda describir dentro del electrodo con forma de "D"

La partícula se acelera al pasar por la zona de campo eléctrico, pero la velocidad máxima va a depender del tamaño de los electrodos huecos con forma de "D".

Usos médicos del ciclotrón en conjunto con el PET

Imágenes de los ciclotrones del CUDIM. Fuente: Cudim.org.

Ciclotrones en Uruguay

Producción de radiofármacos

La OEIA (Organización Internacional de Energía Atómica) asesora y orienta de forma especializada sobre las técnicas de producción de radiofármacos, brinda cursos, programas educativos y promueve la investigación y el desarrollo a través de proyectos.

Algunos de los emisores de positrones (radioisótopos) generados en el ciclotrón son: 11-C, 13-N, 15-O y 18-F. Estos átomos se utilizan para marcar alguna molécula biológica, por ejemplo: glucosa, aminoácidos, ácidos grasos, agua, oxígeno, entre otras.

El radiofármaco se produce haciendo que un haz de protones (acelerados en el ciclotrón) impacten sobre isótopos estables de algún elemento. En el contacto se produce una reacción nuclear que convierte esos isótopos estables en radioisótopos.

Puedes responder las preguntas en el orden que desees

Preguntas...

1. El campo magnético en las “D” del ciclotrón acelera la partícula cargada.

Falso

Verdadero

¡Correcto!

Prueba de nuevo

Incorrecto

2. El módulo de la velocidad de la partícula cargada aumenta cada vez que pasa por la zona de campo eléctrico variable.

Falso

Verdadero

¡Correcto!

Prueba de nuevo

Incorrecto

3. El módulo de la velocidad de escape de la partícula del ciclotrón va a depender solo del campo eléctrico entre los forma de "D", porque es allí donde la partícula se acelera.

Falso

Verdadero

¡Correcto!

Prueba de nuevo

Incorrecto

4. El invento del ciclotrón permitió descubrir nuevos elementos químicos como por ejemplo el neptunio, plutonio, americio, entre otros

Falso

Verdadero

¡Correcto!

Prueba de nuevo

Incorrecto

5. La OMS es quien asesora y orienta de forma especializada sobre las técnicas de producción de radiofármacos, brinda cursos, programas educativos y promueve la investigación y el desarrollo a través de proyectos.

Falso

Verdadero

¡Correcto!

Prueba de nuevo

Incorrecto

¡Gracias!