Un colimador es un dispositivo que estrecha un haz de partículas u ondas. Estrechar puede significar hacer que las direcciones del movimiento se alineen más en una dirección específica (es decir, producir luz colimada o rayos paralelos ), o hacer que la sección transversal espacial del haz se vuelva más pequeña ( dispositivo limitador del haz ).
El físico inglés Henry Kater fue el inventor del colimador flotante , que prestó un gran servicio a la astronomía práctica. Informó sobre su invento en enero de 1825. [1] En su informe, Kater mencionó trabajos anteriores en esta área de Carl Friedrich Gauss y Friedrich Bessel .
En óptica , un colimador puede consistir en un espejo o lente curvo con algún tipo de fuente de luz y/o una imagen en su foco . Esto se puede utilizar para replicar un objetivo enfocado al infinito con poco o ningún paralaje .
En iluminación , los colimadores normalmente se diseñan utilizando los principios de la óptica sin imágenes . [2]
Los colimadores ópticos se pueden utilizar para calibrar otros dispositivos ópticos, [3] para verificar si todos los elementos están alineados en el eje óptico , para configurar los elementos con el enfoque adecuado o para alinear dos o más dispositivos, como binoculares o cañones de armas y miras . [4] Una cámara topográfica se puede colimar configurando sus marcadores fiduciarios de modo que definan el punto principal, como en la fotogrametría .
Los colimadores ópticos también se utilizan como miras de pistola en la mira del colimador , que es un colimador óptico simple con una cruz o alguna otra retícula en su foco. El espectador sólo ve una imagen de la retícula. Tienen que usarlo con ambos ojos abiertos y un ojo mirando hacia la mira del colimador, con un ojo abierto y moviendo la cabeza para ver alternativamente la mira y el objetivo, o con un ojo para ver parcialmente la mira y el objetivo al mismo tiempo. tiempo. [5] [ se necesita aclaración ] Agregar un divisor de haz permite al espectador ver la retícula y el campo de visión , creando una mira reflectora .
Los colimadores se pueden utilizar con diodos láser y láseres de corte de CO2 . La colimación adecuada de una fuente láser con una longitud de coherencia suficientemente larga se puede verificar con un interferómetro de corte .
En óptica de rayos X , óptica de rayos gamma y óptica de neutrones , un colimador es un dispositivo que filtra una corriente de rayos de modo que solo se permite el paso a aquellos que viajan paralelos a una dirección específica. Los colimadores se utilizan para obtener imágenes de rayos X, rayos gamma y neutrones porque es difícil enfocar estos tipos de radiación en una imagen usando lentes, como es habitual con la radiación electromagnética en longitudes de onda ópticas o casi ópticas. Los colimadores también se utilizan en detectores de radiación en centrales nucleares para hacerlos direccionalmente sensibles.
La figura de la derecha ilustra cómo se utiliza un colimador de Söller en máquinas de neutrones y rayos X. El panel superior muestra una situación en la que no se utiliza un colimador, mientras que el panel inferior presenta un colimador. En ambos paneles la fuente de radiación está a la derecha y la imagen se graba en la placa gris a la izquierda de los paneles.
Sin colimador se registrarán rayos procedentes de todas direcciones; por ejemplo, un rayo que ha pasado por la parte superior de la muestra (a la derecha del diagrama) pero que viaja hacia abajo puede registrarse en la parte inferior de la placa. La imagen resultante será tan borrosa e indistinta que resultará inútil.
En el panel inferior de la figura se ha añadido un colimador (barras azules). Puede ser una lámina de plomo u otro material opaco a la radiación entrante con muchos agujeros diminutos perforados a través de ella o, en el caso de los neutrones, puede ser una disposición tipo sándwich (que puede tener hasta varios pies de largo; ver ENGIN-X ) con muchas capas que alternan entre material absorbente de neutrones (p. ej., gadolinio ) y material transmisor de neutrones. Puede ser algo simple, como aire; alternativamente, si se necesita resistencia mecánica, se puede utilizar un material como el aluminio. Si éste forma parte de un conjunto giratorio, el sándwich puede ser curvado. Esto permite la selección de energía además de la colimación; la curvatura del colimador y su rotación presentarán un camino recto sólo para una energía de neutrones. Sólo los rayos que viajan casi paralelos a los agujeros pasarán a través de ellos; los demás serán absorbidos al golpear la superficie de la placa o el costado de un agujero. Esto garantiza que los rayos se graben en el lugar adecuado de la placa, produciendo una imagen clara.
Para la radiografía industrial que utiliza fuentes de radiación gamma como iridio-192 o cobalto-60 , un colimador (dispositivo limitador de haz) permite al radiógrafo controlar la exposición a la radiación para exponer una película y crear una radiografía, para inspeccionar materiales en busca de defectos. En este caso, un colimador suele estar hecho de tungsteno y se clasifica según cuántas capas de valor medio contiene, es decir, cuántas veces reduce la radiación no deseada a la mitad. Por ejemplo, las paredes más delgadas a los lados de un colimador de tungsteno 4 HVL de 13 mm (0,52 pulgadas) de espesor reducirán la intensidad de la radiación que pasa a través de ellas en un 88,5%. La forma de estos colimadores permite que la radiación emitida viaje libremente hacia la muestra y la película de rayos X, al tiempo que bloquea la mayor parte de la radiación que se emite en direcciones indeseables, como hacia los trabajadores.
Aunque los colimadores mejoran la resolución , también reducen la intensidad al bloquear la radiación entrante, lo cual no es deseable para instrumentos de detección remota que requieren alta sensibilidad. Por esta razón, el espectrómetro de rayos gamma del Mars Odyssey es un instrumento no colimado. La mayoría de los colimadores de plomo dejan pasar menos del 1% de los fotones incidentes. Se han realizado intentos de reemplazar los colimadores con análisis electrónicos. [ cita necesaria ]
Los colimadores (dispositivos limitadores de haz) se utilizan en aceleradores lineales utilizados para tratamientos de radioterapia . Ayudan a dar forma al haz de radiación que sale de la máquina y pueden limitar el tamaño máximo del campo de un haz.
El cabezal de tratamiento de un acelerador lineal consta de un colimador primario y secundario. El colimador primario se coloca después de que el haz de electrones haya alcanzado una orientación vertical. Cuando se utilizan fotones, se coloca después de que el haz haya atravesado el objetivo de rayos X. El colimador secundario se coloca después de un filtro aplanador (para terapia de fotones) o de una lámina de dispersión (para terapia de electrones). El colimador secundario consta de dos mandíbulas que se pueden mover para ampliar o minimizar el tamaño del campo de tratamiento.
Se utilizan nuevos sistemas que involucran colimadores de hojas múltiples (MLC) para dar forma adicional a un haz para localizar campos de tratamiento en radioterapia. Los MLC constan de aproximadamente 50 a 120 hojas de placas colimadoras de metal pesado que se deslizan en su lugar para formar la forma de campo deseada.
Para encontrar la resolución espacial de un colimador de orificios paralelos con una longitud de orificio, un diámetro de orificio y una distancia al objeto fotografiado , se puede usar la siguiente fórmula
