Ciclotrón..

Ciclotrón


Contestar las siguientes preguntas:


¿A qué se le llama ciclotrón?

Un ciclotrón es un acelerador de partículas que se basa en que el periodo de rotación de una partícula cargada en el interior de un campo magnético uniforme es independiente del radio y de la velocidad.



¿Cómo se utilizan los campos magnéticos en el ciclotrón?

Para acelerar una partícula cargada, necesitaremos un campo eléctrico lo suficientemente potente. Pero, si conseguimos hacer que las partículas pasen muchas veces a través del mismo campo eléctrico, conseguiremos aceleraciones sucesivas y, la energía de las partículas irá aumentando. Para desviar las partículas cargadas podremos utilizar un campo magnético. El campo magnético utilizado podemos pensar que, dependerá de la partícula acelerada y de las características del ciclotrón.



¿Cuál es (o son) las aplicaciones médicas del ciclotrón?

El Ciclotrón es un acelerador de partículas de tipo circular que se usa para la producción de elementos radioactivos que son utilizados por equipos médicos sofisticados, unos en el diagnóstico médico y otros en radioterapia. Pues, juega un rol muy importante en las aplicaciones de la radioactividad en medicina.
El Ciclotrón medical es una máquina que entrega una cierta cantidad de energía a una partícula (Proyectil ) con el propósito de acelerarla, ésta al chocar con un blanco da lugar a una reacción nuclear para producir elementos radioactivos, los cuales se usan como un trazador de semiperíodo corto ( su duración corresponde a solo horas ), permitiendo la marcación de ciertas sustancias como glucosa, que se utilizan para diagnósticos clínicos. Además, esta máquina tiene la capacidad de fabricar otros elementos radioactivos de vida media variada, que son usados en un conjunto muy amplio de aplicaciones.
En el método directo de acelerar iones a altas energías el ciclotrón permite la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes.
La incorporación de un Ciclotrón en un hospital impacta considerablemente al sector de la Salud posibilitando la aplicación de una de las herramientas más poderosas en el diagnóstico de diferentes enfermedades, con una técnica que apunta a la determinación de una falla metabólica de las células, lo que sucede normalmente en una fase anterior a la ocurrencia de una diferencia morfológica significativa.
Desde el punto de vista de la salud, el disponer de un acelerador permite a la comunidad contar con una facilidad para el estudio y desarrollo de nuevos radio fármacos, algunos de ellos usados como paliativos en enfermedades catastróficas, otros en diagnósticos y otros en radioterapia. El semiperiodo de los radio fármacos, radioisótopos o materiales radioactivos es en horas.
Las principales aplicaciones en PET en oncología utilizando FDG son las siguientes:
* Etapificación y detección de Ocurrencia de Cáncer Colorectal
* Etapificación de melanoma
* Diferenciación de benigno o maligno en nódulo pulmonar solitario
* Etapificación de cáncer pulmonar células no pequeñas
* Etapificación y recurrencia de linfomas
* Etapificación y recurrencia de cáncer de mamas
* Tumores de cabeza y cuello



¿En qué consiste la Tomografía por Emisión de Positrones?

Es un tipo de procedimiento de medicina nuclear que mide la actividad metabólica de las células de los tejidos del cuerpo. La PET es en realidad una combinación de medicina nuclear y análisis bioquímico. Se utiliza principalmente en pacientes que tienen enfermedades del corazón o del cerebro y cáncer, la PET ayuda a visualizar los cambios bioquímicos que tienen lugar en el cuerpo, como el metabolismo (proceso por el cual las células transforman los alimentos en energía después de que han sido digeridos y absorbidos en la sangre) del músculo cardíaco.
La PET utiliza un dispositivo de exploración (una máquina con un gran hueco en el centro) que detecta los positrones (partículas subatómicas) emitidos por un radionúclido en el órgano o tejido que se estudia.

Agregar las referencias
http://personales.upv.es/jquiles/prffi/magnetismo/ayuda/hlpciclo.htm
http://cerezo.pntic.mec.es/~jgrima/Ciclotron.htm
http://www.ipitimes.com/radioactividad.htm
http://www.healthsystem.virginia.edu/uvahealth/adult_radiology_sp/pet.cfm


Propiedades magnéticas de la materia

Explicar la forma en la cual se clasifican y determinan las propiedades magnéticas.

Propiedades magnéticas: El comportamiento magnético está determinado por las interacciones entre dipolos magnéticos, estos dipolos a su vez están dados por la estructura electrónica del material. Por lo tanto, al modificar la micro-estructura, la composición o el procesamiento se pueden alterar las propiedades magnéticas.
Los conceptos que definen los efectos de un campo magnético en un material son:

Momento magnético: Intensidad de campo magnético asociado con el electrón.
Permeabilidad magnética: Material amplifica o debilita el efecto del campo magnético.
Magnetización: Representa el incremento en la inducción magnética debida al material del núcleo.
Susceptibilidad magnética: Es la relación entre la magnetización y el campo aplicado, proporciona la amplificación dada por el material.

Mencionar ejemplos de materiales para cada una de las clasificaciones.
Imanes, hierro dulce, cobre, anti ferromagnetismo, plata, agua, grafito, etc.


¿Cuál es el efecto que tiene la temperatura sobre estos materiales?

Al reducir paulatinamente la temperatura de un material cerca del cero absoluto, las vibraciones entre los átomos disminuyen gradualmente hasta ser un valor nulo. A partir de esta afirmación, se puede concretar la teoría de los materiales superconductores. Esta establece que cuando ciertos cristales son llevados a temperaturas que tienden al cero absoluto, la resistividad eléctrica de aquel material se vuelve nula, de esta manera la corriente puede fluir libremente por el material (sin colisiones y en zigzag). Aun cuando no es factible reducir la temperatura hasta el cero absoluto, ciertos materiales (por lo general semiconductores e incluso materiales impuros) presentan tal comportamiento a valores por encima de dicho valor.

¿En qué se pueden aplicar este tipo de materiales?

En todo tipo de reacciones químicas, en industrias, maquinas etc.



Agregar las referencias
http://www.mailxmail.com/curso-introduccion-ciencia-materiales/propiedades-materiales-magneticas

http://www.mitecnologico.com/Main/PropiedadesElectricasYMagneticas




Levitación magnética y propulsión

¿En qué consiste la levitación magnética?

La resistividad de los superconductores es nula por debajo de una temperatura crítica Tc, característica de cada material. En presencia de un campo magnético la temperatura crítica es menor que la correspondiente en ausencia de campo.
Cuando un superconductor se enfría por debajo de la temperatura crítica en un campo magnético, el campo magnético dentro del material es nulo, por que las corrientes superconductoras que se inducen en su superficie producen un campo magnético que compensa en el interior del superconductor al campo magnético aplicado.
Al acercar un imán a un material superconductor se produce, magnéticamente, una imagen de él como si el superconductor fuera un espejo. De esta manera, el imán es siempre repelido por su imagen o lo que es lo mismo, por el superconductor. La fuerza de repulsión es capaz de contrarrestar el peso del imán, produciendo la levitación.



¿Cómo se utiliza para conseguir que un tren levite sobre un riel de acero y pueda moverse (propulsión)? ¿Hay fricción en este caso?

La Levitación Magnética en el caso de los trenes trabaja a través de electroimanes ya que son conductores que no cuentan con propiedades magnéticas ya que se está hablando de masas de gran tamaño. Si hay Fricción por que los polos semejantes buscan optimizar la fuerza de repulsión.



¿En qué consiste el efecto Meissner?

Cuando un superconductor se enfría por debajo de determinada temperatura, si se le aplica un campo magnético externo no demasiado fuerte, en el interior del superconductor el campo magnético se anula.
Básicamente, los electrones modifican sus órbitas de modo que compensan el campo magnético externo de modo que en el interior, más allá de una determinada profundidad bajo la superficie, el campo sea nulo. No vamos a entrar en mucha profundidad en las causas, pero tiene que ver con el hecho de que, suficientemente frío, un superconductor no tiene resistencia eléctrica – esto requiere necesariamente que el campo magnético en el interior sea cero.
Este efecto puede utilizarse para producir un tipo de “levitación magnética” – cuando se acerca un imán a un superconductor, el superconductor se convierte en un imán de polaridad contraria de modo que “sujeta” al otro imán sobre él. Pero, al contrario que un imán normal (que haría que el otro imán se diera la vuelta y se quedase pegado a él), un superconductor cambia el campo magnético cuando el exterior lo hace, compensándolo, de modo que es capaz de mantener el otro imán fijo en el aire.

Agregar las referencias
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/elecmagnet/materiales/superconductor/superconductor.html

http://eltamiz.com/2007/06/13/203/

— Un Sistema de Levitación Convencional

La idea básica de un dispositivo de transporte que utilice la levitación magnética es aumentar la eficiencia del sistema. Para ello se elimina la fricción, por lo que no es necesaria energía adicional para hacer que el vehículo se siga moviendo luego del impulso inicial. Únicamente se necesita alimentar las pérdidas por la fricción entre el vehículo y el aire. A la vez que se mejora la eficiencia se incrementa la velocidad límite del vehículo, la cual se encuentra determinada por su aerodinámica y por la capacidad de las piezas mecánicas, en el caso convencional, así mismo se reduce el gasto por mantenimiento debido a que no existen piezas móviles.

Los componentes fundamentales de un sistema de transporte que utilice levitación magnética son: la propulsión, encargada de que el vehículo se mueva; la levitación, diferencia fundamental con el sistema tradicional; finalmente la estabilización, la cual impide que el vehículo se salga de la vía.

• Propulsión

La energía que se gasta en este subsistema se utiliza para dar el impulso inicial al vehículo, mantener la velocidad nominal y frenarlo una vez que se completa el recorrido, en caso de emergencia o cuando se requiera.

La idea básica es hacer que dos campos magnéticos se vean atraídos; uno de ellos está presente en la pista y el otro en el vehículo, de manera que el del vehículo sigua al de la pista. Este principio no es nuevo, pues ya existe en los motores. En ellos un campo en el rotor de la máquina sigue al campo presente en su estator, creándose así el movimiento.

Es como estar jugando con dos imanes; uno bajo la mesa y otro sobre ella. Si se mueve el inferior se verá como se desplaza el superior sin aparente intervención humana. En cuanto a la propulsión, la diferencia entre los sistemas MagLev comerciales radica en la forma en que se genera cada uno de estos dos campos, como se verá adelante.

Del inglés “Magnetic Levitation”

• Levitación

Se constituye en la diferencia fundamental con respecto a los sistemas de transporte terrestre convencionales y en la razón de ser del proyecto en cuestión. La energía que se suministra a este subsistema se encarga de sustentar el vehículo a una distancia deseada conocida como entrehierro.

La dificultad que presenta este sistema se ve resumida en el teorema de Earnshaw. Este muestra como el sistema es por naturaleza inestable, razón por la cual se requieren configuraciones especiales de campos que se repelen, o de controladores actuando sobre la magnitud de la fuerza magnética cuando se utilizan campos que se atraen.

Para que el sistema fuera estable debería existir una región alrededor del punto de equilibrio en la cual todas las fuerzas que se generaran apunten hacia él. Cuando se trata de sustentar un objeto con campos magnéticos en contra del campo gravitacional se encuentra que esta región no existe, debido a que los dos campos son no divergentes. Este resultado se demuestra con el teorema de la divergencia, en la ecuación 2 - 1 , teniendo en cuenta que divF=0.

F es la fuerza que actúa en un punto en el espacio. Sin embargo, existen excepciones a esta ley que vale la pena mencionar:

Efecto cuántico: a escala atómica no hay contacto real entre dos objetos.

• Realimentación: consiste en tomar una referencia de la posición del objeto para controlar la fuerza magnética, como se mencionó antes
• Diamagnetismo: gracias a que los materiales superconductores no permiten ser atravesados por campos magnéticos se pueden generar fuerzas que permitan la levitación
• Campos oscilatorios: utilizando una señal de corriente alterna; un ejemplo de ello es el anillo de Thompson
• Rotación: un ejemplo puede estar en el caso denominado como diamagnetismo. En el medio académico se conoce por el prototipo comercial llamado Levitron.

• Bibliografía:

• http://www.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/maglev/11.htm#

• http://www.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/maglev/fotos.htm