Un colimador es un dispositivo que estrecha un haz de partículas u ondas. Estrechar puede significar hacer que las direcciones de movimiento se alineen más en una dirección específica (es decir, hacer que la luz colime o los rayos sean paralelos ) o hacer que la sección transversal espacial del haz se haga 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 invención en enero de 1825. [1] En su informe, Kater mencionó trabajos previos en esta área realizados por 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 se diseñan normalmente utilizando los principios de la óptica sin formación de imágenes . [2]
Los colimadores ópticos se pueden utilizar para calibrar otros dispositivos ópticos, [3] para comprobar si todos los elementos están alineados en el eje óptico , para fijar los elementos en el foco adecuado o para alinear dos o más dispositivos como binoculares o cañones y miras de armas . [4] Una cámara topográfica se puede colimar fijando sus marcadores fiduciarios de modo que definan el punto principal, como en la fotogrametría .
Los colimadores ópticos también se utilizan como miras de armas en la mira de colimador , que es un colimador óptico simple con una cruz o alguna otra retícula en su foco. El espectador solo ve una imagen de la retícula. Debe 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. [5] [ aclaración necesaria ] Agregar un divisor de haz permite al espectador ver la retícula y el campo de visión , lo que crea 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 lo 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 permita el paso de aquellos que viajan en paralelo a una dirección específica. Los colimadores se utilizan para la obtención de imágenes de rayos X, rayos gamma y neutrones porque es difícil enfocar estos tipos de radiación en una imagen utilizando 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 sensibles a la dirección.
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 registra en la placa gris a la izquierda de los paneles.
Sin un colimador, se registrarán los rayos de todas las direcciones; por ejemplo, un rayo que haya pasado por la parte superior de la muestra (a la derecha del diagrama) pero que esté viajando en dirección descendente 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 en sándwich (que puede tener hasta varios pies de largo; consulte ENGIN-X ) con muchas capas que alternan entre material absorbente de neutrones (por ejemplo, gadolinio ) con material transmisor de neutrones. Esto puede ser algo simple, como aire; alternativamente, si se necesita resistencia mecánica, se puede utilizar un material como aluminio. Si esto 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 solo para una energía de neutrones. Solo los rayos que viajan casi paralelos a los agujeros pasarán a través de ellos; cualquier otro será absorbido al golpear la superficie de la placa o el lado de un agujero. Esto garantiza que los rayos se registren en su lugar apropiado en la placa, produciendo una imagen clara.
Para la radiografía industrial que utiliza fuentes de radiación gamma como el iridio-192 o el cobalto-60 , un colimador (dispositivo limitador del haz) permite al radiólogo controlar la exposición a la radiación para exponer una película y crear una radiografía, para inspeccionar los materiales en busca de defectos. Un colimador en este caso suele estar hecho de tungsteno y se clasifica según la cantidad de capas de valor medio que contiene, es decir, cuántas veces reduce la radiación no deseada a la mitad. Por ejemplo, las paredes más delgadas de 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 no deseadas, como hacia los trabajadores.
Aunque los colimadores mejoran la resolución , también reducen la intensidad al bloquear la radiación entrante, lo que no es deseable para los instrumentos de teledetección que requieren una alta sensibilidad. Por esta razón, el espectrómetro de rayos gamma de la 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 hecho intentos de reemplazar los colimadores con análisis electrónicos. [ cita requerida ]
Los colimadores (dispositivos limitadores del haz) se utilizan en aceleradores lineales que se utilizan 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 otro 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 pasado a través del objetivo de rayos X. El colimador secundario se coloca después de un filtro aplanador (para la terapia con fotones) o una lámina de dispersión (para la terapia con electrones). El colimador secundario consta de dos mordazas que se pueden mover para ampliar o minimizar el tamaño del campo de tratamiento.
Los nuevos sistemas que utilizan colimadores multiláminas (MLC) se utilizan para dar forma adicional a un haz con el fin de localizar los campos de tratamiento en radioterapia. Los MLC constan de aproximadamente 50 a 120 láminas de placas colimadoras metálicas pesadas que se deslizan hasta su posición 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 utilizar la siguiente fórmula, donde la longitud efectiva se define como Donde es el coeficiente de atenuación lineal del material del que está hecho el colimador.
