En física de aceleradores , una línea de luz se refiere a la trayectoria del haz de partículas, incluida la construcción general del segmento de trayectoria (tubos guía, dispositivos de diagnóstico) a lo largo de una trayectoria específica de una instalación de acelerador . Esta parte es
Las líneas de luz generalmente terminan en estaciones experimentales que utilizan haces de partículas o luz de sincrotrón obtenida de un sincrotrón , o neutrones de una fuente de espalación o de un reactor de investigación . Las líneas de luz se utilizan en experimentos en física de partículas , ciencia de materiales , ciencias biológicas , química y biología molecular , pero también se pueden utilizar para pruebas de irradiación o para producir isótopos.
En los aceleradores de partículas, la línea de luz suele estar alojada en un túnel y/o bajo tierra, encerrada dentro de una carcasa de hormigón con fines de protección. La línea de luz suele ser un tubo metálico cilíndrico, normalmente llamado tubo de haz , y/o tubo de deriva , evacuado a un alto vacío para que haya pocas moléculas de gas en el camino para que golpee el haz de partículas aceleradas, que de otro modo podrían dispersarlas. antes de que lleguen a su destino.
Hay dispositivos y equipos especializados en la línea de luz que se utilizan para producir, mantener, monitorear y acelerar el haz de partículas. Estos dispositivos pueden estar cerca o conectados directamente a la línea de luz. Estos dispositivos incluyen transductores sofisticados , diagnósticos (monitores de posición y escáneres de cables), lentes , colimadores , termopares , bombas de iones , medidores de iones, cámaras de iones ( para fines de diagnóstico; generalmente llamadas "monitores de haz"), válvulas de vacío ("válvulas de aislamiento") y válvulas de compuerta , por mencionar algunas.
Es imperativo tener todas las secciones de la línea de luz, imanes, etc., alineadas (a menudo mediante un estudio y un equipo de alineación mediante el uso de un rastreador láser ); las líneas de luz deben estar dentro de la tolerancia micrométrica . Una buena alineación ayuda a evitar la pérdida de la viga y la colisión de la viga con las paredes de la tubería, lo que genera emisiones y/o radiación secundarias .
Respecto a los sincrotrones , línea de luz también puede referirse a la instrumentación que transporta haces de radiación sincrotrón a una estación final experimental, que utiliza la radiación producida por los imanes de flexión y los dispositivos de inserción en el anillo de almacenamiento de una instalación de radiación sincrotrón . Una aplicación típica de este tipo de línea de luz es la cristalografía , aunque existen muchas otras técnicas que utilizan luz sincrotrón .
En una gran instalación de sincrotrón habrá muchas líneas de luz, cada una optimizada para un campo de investigación particular. Las diferencias dependerán del tipo de dispositivo de inserción (que, a su vez, determina la intensidad y distribución espectral de la radiación); el equipo de acondicionamiento de vigas; y la estación final experimental. Una línea de luz típica en una instalación de sincrotrón moderna tendrá una longitud de 25 a 100 m desde el anillo de almacenamiento hasta la estación final y puede costar hasta millones de dólares estadounidenses. Por esta razón, una instalación de sincrotrón a menudo se construye en etapas: las primeras líneas de luz se abren el primer día de operación y otras líneas de luz se agregan más adelante, según lo permitan los fondos.
Los elementos de la línea de luz están ubicados en recintos de protección contra la radiación, llamados cabañas , que tienen el tamaño de una habitación pequeña (cabaña). Una línea de luz típica consta de dos cabinas, una cabina óptica para los elementos de acondicionamiento del haz y una cabina experimental, que alberga el experimento. Entre las cabañas, la viga se desplaza en un tubo de transporte. La entrada a las cabañas está prohibida cuando la contraventana está abierta y la radiación puede entrar en la cabaña. Esto se consigue mediante el uso de elaborados sistemas de seguridad con funciones de bloqueo redundantes , que garantizan que no haya nadie dentro de la cabina cuando se enciende la radiación. El sistema de seguridad también apagará el haz de radiación si la puerta de la conejera se abre accidentalmente cuando el haz está encendido. En este caso, el rayo se descarga , lo que significa que el rayo almacenado se desvía hacia un objetivo diseñado para absorber y contener su energía.
Los elementos que los experimentadores utilizan en las líneas de luz para acondicionar el haz de radiación entre el anillo de almacenamiento y la estación final incluyen los siguientes:
1- Ventanas de berilio: las ventanas de berilio se pueden suministrar refrigeradas o no, con varios tamaños (y números) de aberturas de ventana. Las ventanas se dimensionan para adaptarse a requisitos específicos; sin embargo, el tamaño máximo de una ventana está determinado por el espesor de la lámina y el diferencial de presión que debe soportar. Las ventanas se pueden suministrar equipadas con una variedad de tamaños de bridas de entrada/salida de vigas para adaptarse a requisitos específicos. 2- Ventanas de diamante CVD: Los diamantes con deposición química de vapor (CVD) ofrecen dureza extrema, alta conductividad térmica, inercia química y alta transparencia en un rango espectral muy amplio. Más fuerte y rígido que el berilio, con menor expansión térmica y menor toxicidad, es ideal para ventanas de aislamiento UHV en líneas de rayos X. Las ventanas se pueden suministrar empotradas en bridas UHV y con refrigeración por agua eficiente. 3- Ventanas de salida: Las ventanas de salida de vacío vienen en una variedad de materiales que incluyen berilio y diamante CVD detallados anteriormente.
La combinación de dispositivos de acondicionamiento de vigas controla la carga térmica (calentamiento causado por la viga) en la estación final; el espectro de radiación incidente en la estación final; y el foco o colimación del haz. Es posible que los dispositivos a lo largo de la línea de luz que absorben una potencia significativa del haz deban enfriarse activamente con agua o nitrógeno líquido . Normalmente, toda la longitud de una línea de luz se mantiene en condiciones de vacío ultra alto .
Aunque el diseño de una línea de luz de radiación sincrotrón puede verse como una aplicación de la óptica de rayos X, existen herramientas específicas para modelar la propagación de los rayos X a lo largo de la línea de luz y su interacción con diversos componentes. Hay códigos de trazado de rayos como Shadow y McXTrace que tratan el haz de rayos X en el límite de la óptica geométrica, y luego hay software de propagación de ondas que tiene en cuenta la difracción y las propiedades ondulatorias intrínsecas de la radiación. Para comprender la coherencia total o parcial de la radiación sincrotrón, es necesario tener en cuenta las propiedades de las ondas. Los códigos SRW, Spectra y xrt incluyen esta posibilidad; este último código admite el régimen "híbrido" que permite pasar del enfoque geométrico al ondulatorio en un segmento óptico determinado.
Superficialmente, las líneas de luz de neutrones se diferencian de las líneas de luz de radiación de sincrotrón principalmente por el hecho de que utilizan neutrones de un reactor de investigación o una fuente de espalación en lugar de fotones. Dado que los neutrones no llevan carga y son difíciles de redirigir, los componentes son bastante diferentes (ver, por ejemplo, helicópteros o superespejos de neutrones). Los experimentos suelen medir la dispersión de neutrones o la transferencia de energía a la muestra en estudio.