En física de aceleradores, el enfoque fuerte o enfoque de gradiente alterno es el principio de que, utilizando conjuntos de múltiples electroimanes , es posible hacer que un haz de partículas converja simultáneamente en ambas direcciones perpendiculares a la dirección de viaje. Por el contrario, el enfoque débil es el principio de que los círculos cercanos, descritos por partículas cargadas que se mueven en un campo magnético uniforme, sólo se cruzan una vez por revolución.
El teorema de Earnshaw muestra que el enfoque simultáneo en dos direcciones transversales al eje del haz mediante un solo imán es imposible: un imán que enfoca en una dirección se desenfocará en la dirección perpendicular. Sin embargo, los "polos" de hierro de un ciclotrón o dos o más imanes cuadrupolares espaciados (dispuestos en cuadratura ) pueden enfocarse alternativamente horizontal y verticalmente, y el efecto general neto de una combinación de estos se puede ajustar para enfocar el haz en ambas direcciones. [1] [2]
El enfoque fuerte fue concebido por primera vez por Nicholas Christofilos en 1949, pero no se publicó (Christofilos optó por patentar su idea). [3] En 1952, el principio de enfoque fuerte fue desarrollado independientemente por Ernest Courant , M. Stanley Livingston , Hartland Snyder y J. Blewett en el Laboratorio Nacional Brookhaven , [4] [5] quienes más tarde reconocieron la prioridad de la idea de Christofilos. [6] Las ventajas de un fuerte enfoque se dieron cuenta rápidamente y se implementaron en el Sincrotrón de gradiente alterno .
Courant y Snyder descubrieron que el efecto neto de alternar el gradiente de campo era que tanto el enfoque vertical como el horizontal de los protones podían fortalecerse al mismo tiempo, permitiendo un control estricto de las trayectorias de los protones en la máquina. Esto aumentó la intensidad del haz y al mismo tiempo redujo el costo general de construcción de un acelerador más potente. La teoría revolucionó el diseño de ciclotrones y permitió emplear intensidades de campo muy altas, al tiempo que reducía enormemente el tamaño de los imanes necesarios al minimizar el tamaño del haz. La mayoría de los aceleradores de partículas actuales utilizan el principio de enfoque fuerte.
Los sistemas modernos suelen utilizar imanes multipolares, como imanes cuadrupolos y sextupolares , para enfocar el haz hacia abajo, ya que los imanes producen un efecto de desviación más potente que los sistemas electrostáticos anteriores con energías cinéticas de haz alto. Los imanes multipolares reenfocan el haz después de cada sección de desviación, ya que las secciones de desviación tienen un efecto de desenfoque que puede contrarrestarse con una "lente" de imán convergente.
Esto se puede representar esquemáticamente como una secuencia de lentes divergentes y convergentes. Los cuadrupolos a menudo se disponen en lo que se denomina patrones FODO (donde F enfoca verticalmente y desenfoca horizontalmente, y D enfoca horizontalmente y desenfoca verticalmente y O es un imán espacial o de desviación). Siguiendo las trayectorias de las partículas del haz a través del dispositivo de enfoque, se vería un patrón oscilante.
La acción sobre un conjunto de partículas cargadas por un conjunto de imanes lineales (es decir, sólo dipolos, cuadrupolos y las regiones de deriva libres de campo entre ellos) se puede expresar como matrices que se pueden multiplicar para obtener su efecto neto, utilizando una matriz de transferencia de rayos. análisis . [7] Los términos de orden superior, como sextupolos, octupolos, etc., pueden tratarse mediante diversos métodos, dependiendo del fenómeno de interés.