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Ciclotrón inventado - Historia

Ciclotrón inventado - Historia

El ciclotrón, también conocido como el destructor de átomos, fue inventado por Ernest Lawrence, un físico estadounidense de la Universidad de California en Berkely. El acelerador de partículas, como también se le conocía, permitió realizar investigaciones avanzadas en las áreas de biología y física. En 1939, Lawrence recibió el Premio Nobel de Física por su trabajo.

Historia

La Universidad de Chicago fue una de las primeras universidades en tener un ciclotrón instalado académicamente (1968). Esa máquina, en la foto de arriba, y el programa que apoyaba gozaron de una larga historia en radioquímica e instrumentación. Investigadores como Katherine Lathrop, Paul Harper, Robert (Bob) Beck y otros proporcionaron una rica paleta de intereses de investigación. La mayor parte de la historia de los primeros días del Departamento de Radiología de la Universidad de Chicago se puede encontrar en este Enlace.

Katherine Lathrop, miembro del Proyecto Manhattan, fue un miembro clave del equipo de la Universidad de Chicago que introdujo el 99m Tc en la práctica clínica a principios de la década de 1960 como agente radiotrazador en medicina nuclear. Esta sustancia radiactiva ahora se usa decenas de miles de veces al día en los Estados Unidos y decenas de millones de veces al año en todo el mundo en escáneres de medicina nuclear diseñados para identificar tumores o metabolismo anormal. Harper y Lathrop también desarrollaron el método comercial para producir 125 I, otro radionúclido de diagnóstico de uso común. Falleció en 2005.

El ciclotrón CS-15 se instaló en 1968 y funcionó durante 30 años. Estaba alojado dentro de una bóveda en el subsuelo del Instituto Frank McLean. La radioquímica se realizó en el piso de arriba donde había un escáner PET. El CS-15 fue dado de baja en 1997 debido a cambios en el enfoque de investigación patrocinado por el DOE. A principios de la década de 2000, se renovó el interés por iniciar un programa de radioquímica en torno a un ciclotrón nuevo y de última generación.

Para ver imágenes del nuevo ciclotrón, vea el Galería . Para ver cómo se movió el ciclotrón a su bóveda & # 8217s, vea Inserción del ciclotrón video.


Robert R. Wilson, profesor de física en Harvard y diseñador del ciclotrón de Harvard, fue el primero en proponer el uso de protones para tratar el cáncer.

Robert R. Wilson fue un físico estadounidense conocido por su trabajo en el Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial. Fue miembro del equipo que desarrolló la bomba atómica y luego encabezó un inmenso grupo de físicos que concibieron, diseñaron, construyeron y operaron el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) en las afueras de Chicago.

Aunque Wilson fue un científico dedicado, también fue un defensor comprometido de los derechos humanos y defendió el uso pacífico de la energía atómica que ayudó a desencadenar. El Oklahoma Proton Center es un ejemplo de ese uso pacífico.

La contribución de Robert Wilson a la terapia de protones se puso de manifiesto en un artículo que publicó en 1946. Titulado "Uso radiológico de protones rápidos" (Radiology 1946: 47: 487-91), el artículo estableció los fundamentos y técnicas que todavía se utilizan hoy en día en Oklahoma Proton. Centro y centros de terapia de protones en todo el mundo.

Robert Rathbun Wilson (4 de marzo de 1914-16 de enero de 2000)

El Laboratorio de Radiación de Berkeley llevó a cabo amplios estudios sobre protones y confirmó las predicciones de Wilson. En 1954 trataron al primer paciente con protones. Los investigadores comenzaron a reconocer todo el potencial de aislar protones para tratar afecciones médicas. La comprensión avanzada de la aceleración de partículas, los haces de protones y su aplicación al tratamiento con radiación ha mostrado mejores resultados para los pacientes diagnosticados con muchas formas de cáncer. Se dice que Wilson es & # 8220 el padre de la terapia de protones & # 8221 por todas sus investigaciones y esfuerzos para promover la terapia de protones.

Lawrence & # 8217s ciclotrón de 60 pulgadas, con polos magnéticos de 60 pulgadas de diámetro, en el Laboratorio de Radiación Lawrence de la Universidad de California (1939), el acelerador más poderoso del mundo en ese momento. Imagen de un ciclotrón moderno en el Centro de Protones de Oklahoma utilizado para acelerar protones a más de dos tercios de la velocidad de la luz y utilizado en el tratamiento de cánceres humanos.


Ciclotrón inventado - Historia

Lawrence inventa el ciclotrón
1931

Foto: Ciclotrón revestido de cobre de cuatro pulgadas, uno de los modelos más famosos de Ernest Lawrence

Cuando Ernest Orlando Lawrence (1901-1958) obtuvo su doctorado en física, el tema más candente fue bombardear el núcleo del átomo para ver qué nuevas partículas podría producir. Ernest Rutherford había demostrado recientemente que golpear el átomo de un elemento podía hacer que emitiera electrones y se convirtiera en un elemento diferente.

Lawrence se unió a la facultad de física de la Universidad de California (Berkeley) en 1928 y quedó intrigado con esta nueva física. Hasta ahora, la gente había utilizado partículas alfa (producto de la radiactividad natural) y protones (átomos de hidrógeno, que contienen una carga positiva de 1) para bombardear otros átomos. Pero habían agotado ese campo de investigación. Para obtener más información, necesitaban una forma artificial de acelerar estas partículas a mayor energía. Se inventaron varios aceleradores para dar a la partícula bombardeadora un enorme potencial eléctrico. Pero parecía que se necesitaría una patada de aproximadamente 1 millón de voltios para obtener la aceleración requerida, y hacer una máquina para soportar esa potencia era casi imposible.

Por esta época, Lawrence leyó un artículo alemán que describía un acelerador lineal que impulsaba la energía de una partícula en pasos utilizando campos eléctricos alternos. Esto sí aumentó la velocidad de la partícula, pero para que realmente alcanzara la energía deseada, el acelerador tendría que haber tenido una longitud poco práctica. Lawrence sabía que un campo magnético desviaría las partículas cargadas hacia una trayectoria curva. Haciendo que las partículas vayan en espiral, podría aumentar su energía poco a poco cada vez que rodean un electrodo. La máquina circular podría caber en una habitación. Las partículas saldrían en espiral hacia afuera a medida que ganaban más energía, y cuando se movían lo suficientemente rápido, salían disparadas del dispositivo con una fuerza asombrosa hacia un colector.

La universidad le dio a Lawrence el visto bueno para construir lo que él llamó el ciclotrón en 1930. Con algunos estudiantes graduados, probó varias configuraciones diferentes. Tuvieron éxito utilizando electrodos, un oscilador de radiofrecuencia que producía 10 vatios, un vacío, iones de hidrógeno y un electroimán de 10 cm. Todo el artilugio era bastante pequeño. Con un imán más grande, el equipo de Lawrence pudo producir 80.000 electronvoltios en 1931, y más tarde el mismo año, con un ciclotrón de 25 cm, 1 millón de electronvoltios. Los ciclotrones se hicieron sucesivamente más grandes, con nuevas y diferentes capacidades. Un ciclotrón de 69 cm podría acelerar los iones que contienen tanto protones como neutrones. Con esto, los investigadores produjeron radioisótopos artificiales como el technicium y el carbono-14 que se utilizan en la investigación de la medicina y los trazadores. En 1939, se estaba utilizando un dispositivo de 152 cm con fines médicos y Lawrence ganó el Premio Nobel de Física. El trabajo en una máquina de 467 cm se inició en 1940, pero la Segunda Guerra Mundial interrumpió su desarrollo. El equipo de Lawrence centró su atención en producir el uranio-235 necesario para la bomba atómica.

El desarrollo del ciclotrón y el crecimiento del Laboratorio de Radiación de Lawrence tuvieron enormes implicaciones para la ciencia y la forma en que se hace. Esta nueva herramienta podría sondear el núcleo del átomo y ofrecer aplicaciones en medicina e investigación química. Lanzó la era moderna de la física de altas energías. Pero también lanzó la era de la "gran ciencia", una nueva forma de organizar el trabajo científico. Alimentar y cuidar estas herramientas cada vez más grandes, complejas y caras requería más personal y, sobre todo, más dinero. Los gobiernos y las corporaciones se dieron cuenta de que tenían interés en esa investigación y actuaron como patrocinadores.

Ernest Lawrence murió en 1958. En 1961, se descubrió el elemento 103 y se denominó "lawrencium" en su honor.


Ciclotrón inventado - Historia

J ohn D. Cockcroft y Ernest Walton, del Laboratorio Cavendish de Cambridge, Inglaterra, buscó un camino hacia el núcleo mediante una predicción de la mecánica cuántica. George Gamow había sugerido que una partícula con muy poca energía superaría la repulsión eléctrica del núcleo a través de la barrera. (El truco consistía en que la energía de la partícula no estaba realmente bien definida, según el principio de incertidumbre de Heisenberg). En 1930, Cockcroft y Walton utilizaron un transformador de 200 kilovoltios para acelerar los protones por un tubo de descarga recto, pero llegaron a la conclusión de que el túnel de Gamow no funcionaba y decidieron buscar energías más altas.

Para penetrar el núcleo, Cockcroft y Walton construyeron un multiplicador de voltaje que usaba una intrincada pila de capacitores conectados por diodos rectificadores como interruptores. Al abrir y cerrar los interruptores en la secuencia adecuada, podrían acumular un potencial de 800 kilovoltios a partir de un transformador de 200 kilovoltios. Utilizaron el potencial para acelerar protones por un tubo evacuado de dos metros y medio de largo. En 1932 colocaron un objetivo de litio al final del tubo y descubrieron que los protones desintegraban un núcleo de litio en dos partículas alfa. Un equipo soviético en Jarkov encontró el mismo resultado varios meses después.


Robert Van de Graaff.


Acelerador Cockcroft-Walton.


Los científicos que trabajan en un
Generador Van de Graaff.

El generador Van de Graaff

R obert Van de Graaff trabajó como ingeniero para Alabama Power Company antes de obtener su Ph.D. en física en Oxford. Mientras era becario postdoctoral en Princeton, concibió un dispositivo para generar un alto voltaje utilizando principios simples de electrostática. Un cinturón de material aislante transporta la electricidad desde una fuente puntual hasta un gran conductor esférico aislado. Otro cinturón también entrega electricidad de la carga opuesta a otra esfera. Las esferas acumulan un potencial hasta que el campo eléctrico rompe el aire y una gran chispa & quotarcs & quot. En 1931, Van de Graaff podía cargar una esfera a 750 kilovoltios, lo que daba una diferencia de 1,5 megavoltios entre dos esferas con carga opuesta.

Al aumentar el radio de las esferas, Van de Graaff podría alcanzar voltajes más altos sin arco. El voltaje máximo en teoría, en megavoltios, equivalía aproximadamente al radio de la esfera en pies. Pronto estaba planeando un par de esferas de 15 pies de ancho.

Notas de Lawrence sobre el artículo de Wider & oumle.

El acelerador lineal

L as dificultades para mantener los altos voltajes llevaron a varios físicos a proponer la aceleración de partículas utilizando un voltaje más bajo más de una vez. Lawrence se enteró de uno de esos planes en la primavera de 1929, mientras hojeaba un número de Archiv f & uumlr Elektrotechnik, una revista alemana para ingenieros eléctricos. Lawrence leyó alemán solo con gran dificultad, pero fue recompensado por su diligencia: encontró un artículo de un ingeniero noruego, Rolf Wider & oumle, cuyo título podría traducir como `` Sobre un nuevo principio para la producción de voltajes más altos ''. Los diagramas explicó el principio y Lawrence se saltó el texto.

Derecha: Los diagramas de Rolf Wider & oumle que describen un método para acelerar iones inspiraron la invención del ciclotrón de Ernest Lawrence.

Las partículas con una carga eléctrica positiva son atraídas hacia el primer electrodo cilíndrico por un potencial negativo. Cuando emergen del tubo, el potencial ha cambiado a positivo, lo que las aleja del electrodo con un segundo impulso. Agregar espacios y electrodos puede extender el esquema a energías más altas.

El ciclotrón

El acelerador lineal resultó útil para iones pesados ​​como el mercurio, pero los proyectiles más ligeros (como las partículas alfa) requerían un tubo de vacío de muchos metros de largo. Lawrence juzgó que eso no era práctico. En su lugar, pensó en doblar las partículas en una trayectoria circular, utilizando un campo magnético, para enviarlas a través del mismo electrodo repetidamente.

Unos pocos cálculos rápidos mostraron que tal dispositivo podría capitalizar las leyes de la electrodinámica. La aceleración centrípeta de una partícula cargada en un campo magnético perpendicular B es evB / c, donde e es la carga, v la velocidad de la partícula yc la velocidad de la luz. La fuerza centrífuga mecánica sobre la partícula es mv 2 / r, donde m es la masa y r el radio de su órbita. Al equilibrar las dos fuerzas para una órbita estable se obtiene lo que ahora se conoce como la ecuación del ciclotrón: v / r = eB / mc.

Lawrence se sorprendió al descubrir que la frecuencia de rotación de una partícula es independiente del radio de la órbita: f = v / 2 r = eB / 2mc, con r desapareciendo de la ecuación. Por tanto, el método circular permitiría que un campo eléctrico alternando a una frecuencia constante impulsara las partículas a energías cada vez más altas. A medida que aumentaban sus velocidades, también lo hacía el radio de su órbita. Cada rotación tomaría la misma cantidad de tiempo, manteniendo las partículas en sintonía con el campo alterno mientras giraban en espiral hacia afuera.

Un campo eléctrico con una frecuencia de aproximadamente cuatro millones de ciclos por segundo se encuentra en el ámbito de las ondas de radio cortas. La experiencia de Lawrence con estas ondas sería útil, y los avances recientes en osciladores de tubo de vacío de alta potencia serían indispensables. Combinado con un campo magnético razonable, un potencial en los electrodos de solo diez mil voltios podría acelerar una partícula alfa a un millón de electronvoltios. Los imanes más grandes prometían energías más altas. En teoría, el esquema ofrecía la ruta largamente buscada para estudiar el núcleo. Lawrence presionó a estudiantes y profesores para que confirmaran sus cálculos y esbozó un dispositivo.


Lawrence y el ciclotrón: el nacimiento de la gran ciencia

Un anuncio oficial de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada que se publicó el 30 de diciembre de 2015 todavía tiene a los científicos entusiasmados. La séptima fila de la tabla periódica está oficialmente completa, gracias a la adición de los elementos 113, 115, 117 y 118 (con nombres temporales ununtritium, ununpentium, ununseptium y ununoctium respectivamente). Se necesitaron muchos experimentos utilizando varios aceleradores de partículas de varios países diferentes, pero todo ese trabajo finalmente dio sus frutos. Pero, ¿qué supuso ese trabajo? Dado que el uranio es el último elemento natural, todos los que le siguen son artificiales. Sintetizar estos elementos requiere romper un átomo contra otro y monitorear los productos de fisión. El truco para crear un elemento sintético es darle suficiente energía a la colisión. Hoy en día, tenemos muchos aceleradores avanzados de todas las formas y tamaños para ayudar a lograr esto, incluido el que se usó en una versión reciente. MÁS UNO Study & mdash y todo comenzó con un hombre llamado Ernest Orlando Lawrence.

Lawrence y el laboratorio de radiación

En la costa este de la Bahía de San Francisco se encuentra una ciudad conocida por su comida, activismo y ciencia, Berkeley, California. De hecho, la Universidad de California, Berkeley (UC Berkeley) ha producido tantos premios Nobel que han reservado estacionamiento en el campus. UC Berkeley cuenta con 22 profesores ganadores del Premio Nobel y 29 ex alumnos ganadores del Premio Nobel. El primer galardonado de UC Berkeley & rsquos fue Lawrence, el inventor del ciclotrón.

Figura 1. Diagrama de un ciclotrón. Imagen obtenida a través de Wikimedia Commons. La imagen es de dominio público. Autor desconocido.

En 1928, Lawrence, un nativo de Dakota del Sur con un doctorado de la Universidad de Yale, fue contratado como profesor asistente de física en UC Berkeley. Entró en un mundo donde los departamentos de física, química e ingeniería estaban completamente separados y sus miembros nunca se mezclaban. Pero un día, garabateó una idea en una servilleta que cambiaría la historia. Esta idea no solo allanaría el camino para el descubrimiento elemental, sino que también generaría una colaboración multidisciplinaria y lo que Lawrence llamó "gran ciencia", un término que usaría para describir proyectos como el Gran Colisionador de Hadrones y el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser.

Su idea era cómo proporcionar energía a una partícula sin el uso de altos voltajes. En aquellos días, para acelerar una partícula, se necesitaba un acelerador lineal. Sin embargo, los aceleradores lineales requieren altos voltajes porque el campo eléctrico solo puede transferir energía a la partícula una vez. Esto limita la aceleración que se puede lograr en una configuración lineal. Lawrence se dio cuenta de que usar un acelerador circular podría resolver este problema. El mismo campo eléctrico podría usarse para acelerar partículas más de una vez. Lawrence ideó un dispositivo que llamó & ldquoproton-merry-go-round & rdquo (Ernest Lawrence & rsquos Cyclotron) en ese momento.

El ciclotrón

Figura 2. Los ciclotrones prototipo construidos por Lawrence. En exhibición en el Lawrence Hall of Science. Fotografía de Deb McCaffrey.

La idea de Lawrence & rsquos era simple (relativamente hablando). Usó poderosos imanes para crear un campo magnético perpendicular que conduciría partículas en una trayectoria circular. Contenía las partículas en dos dees de metal, que son dos piezas de metal formadas como para encerrar un disco. Los dees, sin embargo, estaban separados por una brecha crucial. Cuando los dees fueron polarizados por una corriente de RF, proporcionaron energía a la partícula cada vez que cruzó la brecha. Esto haría que la trayectoria circular se convierta en una trayectoria en espiral hacia afuera, acelerando la partícula a lo largo del camino. Eventualmente, la partícula chocaría contra su objetivo y podrían ocurrir varios procesos nucleares. Su primer dispositivo estaba hecho de & ldquowire y lacre y probablemente costó $ 25 en total. & Rdquo (Acerca de: Lawrence Hall of Science). Su siguiente modelo, que fue el primer dispositivo funcional, se exhibe en el Lawrence Hall of Science en Berkeley. El dispositivo se conocería como ciclotrón.

Cada vez que Lawrence creaba un ciclotrón funcional, inmediatamente ponía su mirada en un ciclotrón más grande. Sin embargo, para comenzar a mejorar sus dispositivos del tamaño de un banco, necesitaría la ayuda de ingenieros. Se hizo amigo de un ingeniero eléctrico en UC Berkeley llamado Leonard Fuller, quien le proporcionaría los imanes que necesitaba. También se hizo amigo de Gilbert Lewis. Lewis fue para el departamento de química de UC Berkeley lo que Lawrence fue para el departamento de física, excepto que Lewis nunca recibió el Premio Nobel. (Según Coffey, esto se debe a que Lewis no se portó bien con los demás, específicamente con el comité del Nobel.) Lewis también descubrió los deuterones, una partícula crucial en los descubrimientos del ciclotrón y rsquos. Con la ayuda de Fuller y Lewis, Lawrence pudo construir un ciclotrón de 27 pulgadas. Este dispositivo era tan grande que ya no cabía en el laboratorio. Lawrence fundó el Laboratorio de Radiación en otro edificio para albergar sus ciclotrones. Latimer Hall se encuentra hoy donde una vez estuvo el & ldquoRad Lab & rdquo.

Figura 3. El ciclotrón de 37 pulgadas en exhibición en el Lawrence Hall of Science. Foto de Deb McCaffrey.

Nace la ciencia nuclear

Con el Rad Lab en funcionamiento, Lawrence y "ldquo [sus] muchachos" (Exposición de Ernest Lawrence) se pusieron rápidamente a hacer descubrimientos. El ciclotrón de 27 pulgadas fue rediseñado como un ciclotrón de 37 pulgadas. Este dispositivo de 37 pulgadas proporcionó el primer elemento artificial: tecnecio. También fue una parte clave del Proyecto Manhattan, el Rad Lab fue capaz de separar magnéticamente el uranio 235, allanando así el camino para la bomba lanzada sobre Hiroshima. El ciclotrón de 37 pulgadas todavía se puede ver frente al Lawrence Hall of Science.

Por supuesto, 37 pulgadas todavía no era lo suficientemente grande para Lawrence. Ayudó a su hermano a crear un ciclotrón de 60 pulgadas que descubriría el carbono 14 y sintetizaría neptunio y plutonio. Sin embargo, su obra maestra fue el ciclotrón de 184 pulgadas que construyó después de recibir el Premio Nobel. Como era de esperar, este dispositivo requeriría una instalación aún mayor. Se construyó un edificio con un techo abovedado distintivo en la colina sobre el campus para albergarlo. Otro inconveniente fue que las velocidades se acercarían al límite en el que debe tenerse en cuenta la relatividad especial. El dispositivo tuvo que convertirse en un sincrociclotrón. Las dos modificaciones principales fueron variar la frecuencia de RF y reemplazar un dee con una versión abierta del dee (consulte la figura 1 para recordar cómo se ve un dee). Esta contribución del gigante científico y rsquos a la física fueron los mesones artificiales, pero el hermano de Lawrence y rsquos, John, también lo utilizó para realizar avances médicos significativos. En 1958, Ernest Lawrence falleció, dejando tras de sí un tremendo legado.

Figura 4. Una vista de la fuente de luz avanzada desde el patio de la biblioteca Doe. Foto de Deb McCaffrey.

Sobre los hombros de un gigante

Si bien el ciclotrón de 184 pulgadas ya no existe, el techo abovedado distintivo aún marca la cresta donde una vez estuvo. El Laboratorio de Radiación de Berkeley se convirtió en el Laboratorio Nacional Ernest Orlando Lawrence Berkeley y el ciclotrón fue reemplazado por una fuente de luz de sincrotrón que todavía se usa en la actualidad.

Más arriba en la colina, el Lawrence Hall of Science entretiene a las familias con sus exhibiciones e influye en los estudiantes de todo el país con el desarrollo de su plan de estudios. Al otro lado de las crestas, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore persigue la fusión. Estas instituciones son un testimonio de los logros científicos de Lawrence & rsquos. Más importante aún, abrió el camino hacia un nuevo paradigma de la ciencia, uno en el que equipos multidisciplinarios se unirían para construir experimentos colosales en busca del universo y secretos bien guardados de los rsquos.

Coffey, P. (2008) Catedrales de la ciencia: las personalidades y rivalidades que hicieron la química moderna. prensa de la Universidad de Oxford.

Exposición de Ernest Lawrence (n.d.) Lawrence Hall of Science

Hiltzik, M. (2015). Gran ciencia: Ernest Lawrence y la invención que lanzó el complejo militar-industrial. Simon & amp Schuster.

Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (1993) Bright Beams: The Advanced Light Source.


Aceleradores lineales

BREVE HISTORIA DEL DESARROLLO DE ACELERADORES LINEALES:

& # 8220 La instalación del primer acelerador lineal clínico comenzó en junio de 1952 en la Unidad de Investigación Radioterapéutica del Consejo de Investigación Médica (MRC) en el Hospital Hammersmith de Londres. Se entregó para pruebas de física y otras pruebas en febrero de 1953 y comenzó a tratar a pacientes el 7 de septiembre de ese año. & # 8221

& # 8220Hoy en día, miles de aceleradores lineales médicos se utilizan en hospitales de todo el mundo y han sido eficaces en el tratamiento de millones de pacientes con cáncer. Los investigadores continúan mejorando aún más la eficacia de los aceleradores lineales médicos en la lucha contra el cáncer. & # 8221

ETAPAS EN EL DESARROLLO DE ACELERADORES LINEALES:


1931 — Un segundo cercano: el primer ciclotrón

1937 - Primer tratamiento clínico con generador de Van de Graaff en la Escuela de Medicina de Harvard.
1932-1940: la década del ciclotrón
1940 — El Betatron
1945 — Nuevas ideas: la aceleración sincrónica conduce al microtrón
1947 — Más sincronicidad: el sincrotrón de electrones

1947 - Primer acelerador lineal construido en Stanford por William Hansen y los hermanos Varian.
1952 — Energías aún mayores: el sincrotrón de protones
1952 — Un gran salto adelante: enfocando la viga
1953 — Los sincrotrones se vuelven más fuertes

1953 - Paciente tratado con el primer acelerador lineal médico en el Hammersmith Hospital de Londres.

1953 - El Dr. Henry Kaplan y el físico Edward Ginzton desarrollaron el primer acelerador lineal médico en el hemisferio occidental. La unidad 6MV se instaló en el Hospital Stanford-Lane en San Francisco.
1946-1954 — El Linac crece: un Linac de electrones y protones

1960 - Se presenta Varian Clinac ®6 / 100, el primer acelerador lineal de radioterapia totalmente rotatorio.
1966 — Stanford se pone serio sobre el Linac: SLAC
1960 — El colisionador de anillos de almacenamiento
1969: el CERN entra en la era del colisionador
1970: Alemania se une a la era del colisionador
1981 — Los primeros colisionadores de protones y antiprotones: CERN y FNAL

1981 - Introducción de Varian Clinac® 2500, el primer acelerador lineal médico de energía dual.

1985 - Philips presenta el SL25®, el primer acelerador lineal médico totalmente controlado digitalmente.

1988 - Varian presenta el Varian Clinac ® 2100C, el primer acelerador controlado por computadora de Varian.

1997 - Stanford continúa su investigación, utilizando radioterapia de intensidad modulada, que combina imágenes con aceleradores lineales que emiten cientos de haces delgados de radiación desde cualquier ángulo.

2004 - Se implementa la radioterapia en cuatro dimensiones, que representa el movimiento de la respiración durante la radioterapia y la obtención de imágenes.

PIONEROS EN EL DESARROLLO DE ACELERADORES LINEALES:

En 1958, Karl Brown fue el primero en utilizar el álgebra matricial para calcular aberraciones magnético-ópticas en espectrómetros de partículas cargadas, utilizados por los físicos para el análisis preciso de la estructura nuclear y subnuclear. Desarrolló un código informático llamado TRANSPORTE para facilitar el proceso de diseño del equipo.

Henry Kaplan y Ed Ginzton, PhD, profesor de ingeniería eléctrica y física, desarrollaron el primer acelerador lineal médico en el hemisferio occidental, instalado en el Hospital Stanford-Lane en San Francisco.

1972 - El Dr. Peter Fessenden llega a Stanford y comienza a desarrollar un acelerador lineal que combate las células tumorales utilizando dos tipos de radiación. Trabajando con Varian Medical Systems, Inc., el equipo del Dr. Fessenden crea el primer acelerador lineal que combina tanto el tratamiento con rayos X como con electrones.


Ernest Lawrence y la invención del ciclotrón

El 8 de agosto de 1901, el científico nuclear estadounidense pionero Ernest Orlando Lawrence nació. Fue galardonado con el Premio Nobel de Física de 1939 por su invención del ciclotrón. También es conocido por su trabajo en la separación de isótopos de uranio para el Proyecto Manhattan y por fundar el Laboratorio Lawrence Berkeley y el Laboratorio Lawrence Livermore.

& # 8220 Soy consciente de que el logro científico tiene sus raíces en el pasado, muchos contemporáneos lo cultivan en su máxima expresión y florece solo en un entorno favorable. Ningún individuo es el único responsable de un solo escalón en el camino del progreso, y donde el camino es suave, el progreso es más rápido. En mi propio trabajo esto ha sido particularmente cierto. & # 8221
- Ernest Orlando Lawrence, discurso en el banquete del Premio Nobel (29 de febrero de 1940)

Creciendo en Dakota del Sur

Ernest Lawrence creció en Dakota del Sur. Sus padres eran descendientes de inmigrantes noruegos y enseñaron en la escuela secundaria en Canton, Dakota del Sur. Su madre, Gunda, recordó su enorme curiosidad cuando aún era un niño. Aparentemente, Lawrence de dos años logró encender un fuego con fósforos y quemar toda su ropa. Su madre recordó además que & # 8220 Ernest siempre tuvo una disposición feliz y la vida para él parecía ser una emoción tras otra, ¡pero también fue siempre persistente e insistente!& # 8220. Con sus amigos de la escuela secundaria, Lawrence construyó una de las primeras estaciones de transmisión de radio de onda corta y luego aplicó sus experiencias a la aceleración de protones [1, 2].

Carrera académica

Lawrence se matriculó en la Universidad de Dakota del Sur y vendió utensilios de cocina a hogares agrícolas para financiar su educación. Esta capacitación fue útil más tarde, cuando Lawrence tuvo que vender proyectos científicos a funcionarios gubernamentales y agencias de financiación. Después de obtener su licenciatura, el joven físico se matriculó en la Universidad de Minnesota para terminar sus estudios de maestría y se mudó a Yale, donde Lawrence recibió su doctorado. en 1925. Antes incluso de cumplir 27 años, Lawrence aceptó un puesto de profesor asociado en Berkeley, donde se convirtió en el profesor titular más joven de la institución tres años después [1]. En 1936 también se convirtió en Director del Laboratorio de Radiación de la Universidad, permaneciendo en estos puestos hasta su muerte [3].

El ciclotrón

Se supone que mientras leía un artículo científico de Rolf Widerøe sobre un dispositivo que producía partículas de alta energía, se inspiró para trabajar en un acelerador más compacto que encajaría en los laboratorios de Berkeley. Después de un trabajo inicial sobre el potencial de ionización de los vapores metálicos, Lawrence inventó el ciclotrón en 1929. El primer ciclotrón que construyó aparentemente tenía solo 10 cm de diámetro y consistía en latón, alambre y lacre. En este período, Lawrence y su grupo de investigación construyó una máquina más grande, que usó para bombardear varios elementos con partículas aceleradas. En casos raros, el bombardeo de partículas generó elementos completamente nuevos y cientos de isótopos radiactivos previamente desconocidos de elementos conocidos. Solicitó la protección mediante patente para su invención en Estados Unidos el 26 de enero de 1932, que le fue concedida el 20 de febrero de 1934.

Diagrama de funcionamiento del ciclotrón de Lawrence & # 8217s patente de 1934

Isótopos radiactivos y terapia contra el cáncer

Fue invitado a la Conferencia de Solvay de 1933 para dar una presentación sobre el ciclotrón y Lawrence amplió el aparato a un ciclotrón de 37 pulgadas en junio de 1937. Dos años más tarde, se utilizó por primera vez para bombardear hierro y producir sus primeros isótopos radiactivos. Con un ciclotrón más potente pudo producir los mesones conocidos de la radiación cósmica por primera vez en 1941, luego extendió sus estudios a las antipartículas. En el mismo año, el primer paciente con cáncer recibió terapia de neutrones del ciclotrón.

El Premio Nobel de Física

Ernest Lawrence fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1939 y fue el primero en Berkeley en convertirse en Premio Nobel. Los científicos también fueron conocidos como escritores increíblemente prolíficos. La mayor parte de su trabajo se publicó en La revisión física y las actas de la Academia Nacional de Ciencias. Fue condecorado con numerosos premios y galardones, incluida la Medalla al Mérito, y obtuvo doctorados honoris causa de trece universidades estadounidenses y una británica, la Universidad de Glasgow [3].

Vida posterior

Lawrence jugó un papel decisivo en el desarrollo de la bomba atómica durante la Segunda Guerra Mundial, después de la guerra hizo campaña a favor de la prohibición de los ensayos nucleares y fue miembro de la delegación de Estados Unidos en la conferencia de Ginebra de 1958 sobre el tema. Después de la guerra, Lawrence hizo una amplia campaña para que el gobierno patrocinara grandes programas científicos. El elemento 103 de la tabla periódica química, Lawrencium (Lr), recibió su nombre.

Ernest Orlando Lawrence falleció el 27 de agosto de 1958 a los 57 años.

En la búsqueda de videos académicos de yovisto, es posible que le interese una videoconferencia sobre Aceleradores de partículas en la Universidad de Berkeley por el profesor Norman.


Ciclotrón inventado - Historia

Esta entrada contribuida por Dana Romero

Dispositivo inventado por E. O. Lawrence y M. S. Livingston en Berkeley en 1931 que se utiliza para acelerar partículas cargadas por medio de un campo magnético. Una partícula de masa metro y cargar q moviéndose con una velocidad v interactuará con un campo magnético de fuerza B cuya dirección es perpendicular al plano de su recorrido con fuerza

La fuerza del campo magnético es perpendicular a la dirección de la partícula, lo que da como resultado una trayectoria circular dentro del ciclotrón. Equiparar F con una fuerza centrípeta da

da la relación carga-masa de la partícula en términos de valores conocidos para v, B, y R.

Las partículas de los ciclotrones emiten una radiación denominada radiación ciclotrónica.

Livingston, M. S. Aceleradores de alta energía. Nueva York: Interscience Publishers, 1954.

Livingston, M. S. y Blewett, J. P. Aceleradores de partículas. Nueva York: McGraw-Hill, 1962.

Livingston, M. S. Aceleradores de partículas: una breve historia. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1969.

Mann, W. B. El ciclotrón, 2ª ed. Nueva York: Chemical Publishing Co., 1945.

Wilson, R. R. y Littauer, R. Aceleradores: Máquinas de Física Nuclear. Garden City, Nueva York: Anchor Books, 1960.


Historia

The Lab’s legacy began in the summer of 1928, when a 27-year-old physics professor named Ernest O. Lawrence was wooed from his faculty position at Yale University to a job at the University of California’s Berkeley campus. While at Berkeley, Lawrence invented a unique particle accelerator called a cyclotron which would prove his hypothesis: whirling charged particles around to boost their energies, then casting them toward a target is an effective way to smash open atomic nuclei. The cyclotron would go on to win Lawrence the 1939 Nobel Prize in physics and usher in a new era in the study of subatomic particles. Through his work, Lawrence launched the modern era of multidisciplinary, team science. In August of 1931, when he created the Radiation Laboratory in a modest building on the Berkeley campus, Lawrence began recruiting a brilliant circle of colleagues from physics, chemistry, biology, engineering and medicine, whose groundbreaking teamwork would be critical to the laboratory’s legendary success. When his plans for bigger and better atom-smashing cyclotrons required more room, he moved the laboratory off campus and up to its present location in the Berkeley hills, overlooking the San Francisco Bay. After his death in 1959, the Lab was officially renamed the Ernest O. Lawrence Berkeley Laboratory.

The old Radiation Laboratory

Today, Berkeley Lab continues the tradition of multidisciplinary scientific teams working together to solve global problems in human health, technology, energy, and the environment. Thirteen Nobelists have worked here. And countless other researchers have contributed to the Lab’s success as an institution for furthering our nation’s scientific endeavors, whether in fundamental research, science education, or technology transfer.

Go here to view an article written in 2001 to commemorate the 100th anniversary of Lawrence’s birth in 1901.

As a youth, Lawrence was a ham-radio enthusiast and set up South Dakota’s first-ever radio station.


Ver el vídeo: Acelerador de partículas, maqueta educativa. (Diciembre 2021).