Radiación del Ciclotrón.

Un ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas. El método directo de acelerar iones utilizando la diferencia de potencial presentaba grandes dificultades experimentales asociados a los campos eléctricos intensos. El ciclotrón evita estas dificultades por medio de la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes.

La mayoría de los actuales aceleradores de partículas de alta energía descienden del primer ciclotrón de protones de 1 MeV construido por Ernest Lawrence y M. Stanley Livingston en Berkeley (California, EE. UU.). El artículo original publicado en la revista Physical Review, volumen 40, del 1 de abril de 1932, titulado "Producción de iones ligeros de alta velocidad sin el empleo de grandes voltajes", describe este original invento. El primer ciclotrón en Sudamérica fue construido por el ingeniero argentino Mario Báncora, quien fue discípulo de Lawrence en Berkeley.

                                                  

Esquema de funcionamiento de un ciclotrón, el precursor del sincrotrón. El campo magnético es uniforme y se aplica en la dirección perpendicular a la órbita de las partículas. Las partículas se aceleran desde cero cada vez que atraviesan el campo magnético y describen una espiral cuyo radio aumenta hasta que emergen del acelerador.

El ciclotrón consta de dos placas semicirculares huecas, que se montan con sus bordes diametrales adyacentes dentro de un campo magnético uniforme que es normal al plano de las placas y se hace el vacío. A dichas placas se les aplican oscilaciones de alta frecuencia que producen un campo eléctrico oscilante en la región diametral entre ambas. Como consecuencia, durante un semiciclo el campo eléctrico acelera los iones, formados en la región diametral, hacia el interior de uno de los electrodos, llamados Ds, donde se les obliga a recorrer una trayectoria circular mediante un campo magnético y finalmente aparecerán de nuevo en la región intermedia.

El campo magnético se ajusta de modo que el tiempo que se necesita para recorrer la trayectoria semicircular dentro del electrodo sea igual al semiperiodo de las oscilaciones. En consecuencia, cuando los iones vuelven a la región intermedia, el campo eléctrico habrá invertido su dirección y los iones recibirán entonces un segundo aumento de la velocidad al pasar al interior de la otra 'D'.

Como los radios de las trayectorias son proporcionales a las velocidades de los iones, el tiempo que se necesita para el recorrido de una trayectoria semicircular es independiente de sus velocidades. Por consiguiente, si los iones emplean exactamente medio ciclo en una primera semicircunferencia, se comportarán de modo análogo en todas las sucesivas y, por tanto, se moverán en espiral y en resonancia con el campo oscilante hasta que alcancen la periferia del aparato.

Su energía cinética final será tantas veces mayor que la que corresponde al voltaje aplicado a los electrodos multiplicado por el número de veces que el ion ha pasado por la región intermedia entre las 'Ds'.

El ciclotrón usa un campo magnético estático para curvar la trayectoria de las partículas y un campo eléctrico oscilante de frecuencia fija para acelerarlas en un punto de su trayectoria. A medida de que las partículas aumentan su velocidad, el radio de su órbita aumenta, por lo cual describen una espiral.¹​ Ernest Lawrence diseñó y construyó el primer ciclotrón,²​ puesto en marcha por vez primera a finales de 1931. Esta máquina no era adecuada para la aceleración de partículas relativistas, cuya masa aumenta al aproximarse su velocidad a la de la luz, lo que causa un desfasaje con respecto a la oscilación del voltaje acelerador. (1)

En España algunos centros hospitalarios albergan en edificios próximos un ciclotrón (acelerador de partículas), cuya función es producir radiofármacos emisores de positrones, y laboratorios de síntesis de medicamentos con moléculas marcadas que controlan su calidad y los distribuyen para su aplicación clínica y para labores de investigación.

Mediante el bombardeo de átomos no radiactivos con el ciclotrón se obtienen radiofármacos (sustancias con isótopos radiactivos). Estos radiofármacos se administran a los pacientes y una vez absorbidos por los tejidos emiten positrones que se usan como trazadores para detectar el lugar de los tumores (incluso muy pequeños) que los emiten. Las imágenes se ven en una pantalla.

Los isótopos radiactivos usados como trazadores son ¹¹C-,¹⁵O-, ¹³N-, ¹⁹F. Son los constituyentes del radiofármaco Fluoro-desoxi-glucosa-F18 que se sintetiza en el lugar en que se encuentra el ciclotrón y se distribuye a los hospitales que no disponen de ciclotrón pero que si tienen tomocámaras. En éstas se explora al paciente que recibió el fármaco radiado para detectar la emisión de positrones y en ellos se realizan los PET (tomografía de emisión de positrones).

Los radiofármacos tienen una vida media muy corta, horas o días, lo que hace de vital importancia contar con un centro productor cerca del hospital. Deben llegar de forma rápida y óptima a todos los hospitales de la zona que tengan cámaras PET. (2)

(1)ciclotrón

(2)ciclotrón en españa