En física de aceleradores, el enfoque fuerte o enfoque de gradiente alterno es el principio según el cual, utilizando conjuntos de múltiples electroimanes , es posible hacer que un haz de partículas converja simultáneamente en ambas direcciones perpendiculares a la dirección de desplazamiento. Por el contrario, el enfoque débil es el principio según el cual los círculos cercanos, descritos por partículas cargadas que se mueven en un campo magnético uniforme, solo se intersecan una vez por revolución.
El teorema de Earnshaw demuestra que es imposible enfocar simultáneamente en dos direcciones transversales al eje del haz con un solo imán: 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 cuadrupolos espaciados (dispuestos en cuadratura ) pueden enfocar alternativamente horizontal y verticalmente, y el efecto neto general de una combinación de estos puede ajustarse 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 en cambio 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 de Brookhaven , [4] [5] quienes más tarde reconocieron la prioridad de la idea de Christofilos. [6] Las ventajas del enfoque fuerte se comprendieron rápidamente y se implementaron en el Sincrotrón de Gradiente Alternado .
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 hacerse fuertes al mismo tiempo, lo que permitía un control estricto de las trayectorias de los protones en la máquina. Esto aumentó la intensidad del haz y redujo el costo total 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 cuadrupolares y sextupolares , para enfocar el haz hacia abajo, ya que los imanes proporcionan un efecto de deflexión más potente que los sistemas electrostáticos anteriores con energías cinéticas de haz altas. Los imanes multipolares reenfocan el haz después de cada sección de deflexión, ya que las secciones de deflexión tienen un efecto de desenfoque que se puede contrarrestar con una "lente" de imán convergente.
Esto se puede representar esquemáticamente como una secuencia de lentes divergentes y convergentes. Los cuadrupolos suelen estar dispuestos 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 deflexión). Siguiendo las partículas del haz en sus trayectorias 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, solo dipolos, cuadrupolos y las regiones de deriva libre de campo entre ellos) se puede expresar como matrices que se pueden multiplicar entre sí para obtener su efecto neto, utilizando el análisis de matriz de transferencia de rayos . [7] Los términos de orden superior, como sextupolos, octupolos, etc., se pueden tratar mediante una variedad de métodos, dependiendo de los fenómenos de interés.