CNA

Centro Nacional de Aceleradores

Aceleradores de partículas para calibrar detectores de protones acelerados con láseres

* El CNA participa en este proyecto de calibración de detectores para protones acelerados con láseres.
 
* Con los aceleradores de partículas se pueden simular las situaciones generadas por láseres ultra-cortos y ultra-intensos.
 
En las últimas décadas, ha tenido lugar un incesante desarrollo de la tecnología láser con la generación de pulsos cada vez más cortos y energéticos. Este hecho está abriendo la puerta a fenómenos insospechados con múltiples aplicaciones prácticas. Por un lado, la disminución de la longitud temporal de los pulsos permite tener acceso a los fenómenos más rápidos que se dan en la naturaleza, como por ejemplo la dinámica electrónica en átomos y/o moléculas. Y por otro, al aumentar la energía de la radiación láser y por tanto de la interacción láser-materia, se fuerza hasta condiciones extremas a la naturaleza.
 
Una de las aplicaciones más interesantes que se están desarrollando hoy en día es la aceleración de partículas cargadas mediante láseres ultra-cortos y ultra-intensos para su uso en nuevas técnicas de radioterapia.
 
Cuando se utilizan distintos láseres para acelerar haces de protones, se observa que los resultados que se obtienen varían fuertemente según los parámetros del láser, tales como el pulso de potencia, intensidad, etc. A partir de estos resultados, los diferentes regímenes de intensidad y la optimización de las condiciones experimentales son aspectos clave de las actividades de investigación actuales.
 
En este trabajo, presentado en la revista IEEE Transactions on Nuclear Science, se ha llevado a cabo la calibración y una determinación del rendimiento de los detectores de protones diseñados para experimentos con láser de plasma por el Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M). Estos detectores permiten detectar protones hasta energías de unos 15 MeV, acelerados por láseres con 10-200 TW de potencia.
 
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Centro de Láseres Pulsados Ultra-cortos y Ultra-intensos de la Universidad de Salamanca (Fuente: http://www.ultrafast.es/)
 
En concreto, se muestran los resultados de calibración y de rendimiento realizadas para detectores de protones acelerados por láseres. Para ello se emplearon haces de protones entre 460 keV y 5600 keV del acelerador Tándem de 3MV del CNA. El análisis espectral de los protones y los iones acelerados por láser requiere la detección casi instantánea de un gran número de partículas.
 
La energía máxima de los haces de iones acelerados con láseres es de unos cuantos MeV, por lo tanto se ha utilizado el acelerador Tándem del CNA para realizar la calibración, en condiciones controladas, de 2 dos sistemas de detectores. Uno basado en la utilización de películas radiocrómicas y otro de tiempo de vuelo utilizando un centelleador plástico.
 
Estos estudios son esenciales para conocer las limitaciones de estos detectores y poder interpretar de manera correcta los resultados obtenidos en el caso de haces de protones acelerados por láser.
 
El análisis de los resultados ha aportado datos sobre las energías de protones para los cuales la calibración es óptima, encontrándose que se puede reconstruir el total de carga depositada para las distribuciones espaciales muy no uniformes, así como la posibilidad de detectar partículas individuales.
 
Referencia bibliográfica:
Calibration and Performance Tests of Detectors for Laser-Accelerated Protons
M. Seimetz, P. Bellido, A. Soriano, J. García López, M. C. Jiménez-Ramos, B. Fernández, P. Conde, E. Crespo, A. J. González, L. Hernández, A. Iborra, L. Moliner, J. P. Rigla, M. J. Rodríguez-Álvarez, F. Sánchez, S. Sánchez, L. F. Vidal, and J. M. Benlloch
IEEE Transactions on Nuclear Science, 62, 6, 2015
http://dx.doi.org/10.1109/TNS.2015.2480682