CNA

Centro Nacional de Aceleradores

Indagando en el transporte de haces de iones en un acelerador para espectrometría de masas

¿Cómo conocer mejor la distribución del haz de partículas en el interior del acelerador SARA (Spanish Accelerator for Radionuclei Analysis) del Centro Nacional de Aceleradores?
 
Este trabajo, desarrollado por el investigador José Manuel Gómez Guzmán de la Unidad de Espectrometría de Masas con Aceleradores del CNA (Universidad de Sevilla-Junta de Andalucía-CSIC), en colaboración con miembros de la Universidad de Sevilla y la Universidad Técnica de Dresde, ha permitido obtener información sobre cómo se distribuyen los iones en distintos puntos del sistema SARA y de tal modo tener una información más precisa de la óptica de los haces de iones.
 
Poder saber la configuración de la óptica de los iones, es decir, que forma tiene el haz de iones, aporta un mejor conocimiento teórico de los aceleradores de partículas, de tal modo que permite optimizar el transporte de las partículas cargadas a lo largo del sistema. Como consecuencia, se ajusta el haz de iones a una región más reducida y más próxima a la que se considera que debe ser su trayectoria teórica.
 
esquema
Esquema del sistema SARA del CNA
 
Para dirigir el haz de partículas cargadas, los aceleradores hacen uso de los campos magnéticos, de modo que según la carga y masa de la partícula se aplicará un campo magnético para curvar su trayectoria, es decir, los campos magnéticos actúan a modo de "volante".
 
Dado que los iones de igual signo se van distanciando entre sí, es decir, se repelen, hay que hacer uso de otro elemento magnético llamado cuadrupolo o también llamada lente magnética, composición de cuatro "imanes", que permiten focalizar el haz y vencer su repulsión.
 
cuadrupolo
 
Para realizar toda la descripción teórica del movimiento de los iones en el interior del acelerador, se emplea un programa matemático que sustituye los distintos elementos del acelerador por matrices de transferencia, es decir una operación matemática que permite representar un elemento real por dicha operación.
 
El motivo por el cual hay que llevar a cabo las simulaciones del transporte del haz se debe a que cada sistema de espectrometría de masas con aceleradores está diseñado para un tipo de ion concreto, por ejemplo el sistema SARA del CNA fue diseñado para el transporte de iones pesados tales como 129I e isótopos de plutonio pero solo fue testeado para 14C, 10Be o 26Al, luego es imprescindible chequear el transporte de estos iones pesados y que son de gran utilidad para estudios medioambientales y de control dosimétrico de trabajadores de centrales nucleares.
 
En esta investigación se han calculado los tamaños teóricos del haz en 3 puntos del sistema SARA. Se ha obtenido como resultado que el tamaño teórico tiene una buena concordancia con el tamaño real del haz.
 
simulacion
Simulación del haz: Rojo (239Pu, plutonio), azul (14C, carbono) y negro (10Be, berilio)
 
Finalmente se concluye que esta simulación aporta un mejor entendimiento del comportamiento óptico de los aceleradores de partículas para espectrometría de masas.
 
Referencia bibliográfica:
"A MATLAB-based interface for the beam-transport system of an AMS facility"
"J.M. Gómez Guzmán, I. Gómez Morilla, S.M. Enamorado Báez, A.I. Moreno Suárez, A.R. Pinto Gómez"
"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 316 (2013) 130-136"
http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2013.09.003