Física (plan 2002) 2017-1

Optativas, Temas Selectos de Física de Nuclear I

Horario: Martes y jueves de 10:00am a 11:30am en el salón 256 del edificio M. Moshinsky del IF-UNAM.

Asignatura: Física de Aceleradores.

Semestre: Últimos semestres.

Etapa formativa: Búsqueda de temas académicos de interés.

Tipo de asignatura (por su duración): Ordinaria.

Tipo de asignatura (por su carácter): Optativa.

Modalidad: Opcional.

Horas semanales: 3.

Horas semestrales: 48.

Valor en créditos: 6.

Requisitos mínimos: Cálculo I, II, III y IV, Mecánica Analítica, Electromagnetismo I y II

Descripción y conceptualización del curso:

La física de aceleradores es uno de los temas científicos importantes que ha tenido poco desarrollo en nuestro país, en parte debido a que no existe una promoción adecuada, en nuestras instituciones, de un estudio sistemático de las bases físicas de estos instrumentos.

La comunidad científica nacional ha mostrado en diversos foros la conveniencia de impulsar la instalación de una fuente de luz de gran brillantez en nuestro país, así como el interés en el desarrollo de otros tipos de aceleradores.

Este curso pretende interesar a los estudiantes en esta área de trabajo. El curso profundiza en los conceptos que permiten el desarrollo de los aceleradores. El programa propuesto es de carácter introductorio y sin embargo requiere de una amplia formación de los estudiantes en electromagnetismo, mecánica analítica y otras áreas de matemáticas.

Objetivo general:

Este curso contribuye a que el estudiante adquiera la capacidad de aplicar los diversos fenómenos mecánicos y electromagnéticos en la construcción de dispositivos especializados en la aceleración de partículas cargadas.

Más específicamente, el estudiante deberá ser capaz de:

1. Aplicar los principios y conceptos fundamentales de la mecánica y el electromagnetismo, a través de una estructuración lógica.
2. Establecer los límites de validez y aplicabilidad de las teorías físicas, así como de los diferentes modelos teóricos que usa.
3. Establecer la interconexión entre teoría y experimento.
4. Aplicar los métodos matemáticos de la física en la solución de problemas concretos del campo.
5. Hacer aproximaciones para el tratamiento de los problemas en la física de aceleradores, con conciencia de sus ventajas y limitaciones.
6. Aplicar el cálculo numérico y programas especializados, en la solución de problemas concretos que enfrenta la física de aceleradores.

Contenido temático:

1. Introducción

• Desarrollo histórico
• Limitaciones de energía
• Fuerza de Lorentz
• Relatividad especial
• Análisis de Fourier
• Algebra Matricial
• Ecuaciones Diferenciales

2. Movimiento transversal de una partícula

• Sistema de coordenadas
• Ecuación de movimiento
• Invariante de Courant-Snyder
• Matriz de transferencia: sección libre, dipolo, cuadrupolo
• Matrices de propagación: funciones beta
• Dispersión
• Cálculo de funciones de la red magnética
• Celda FODO
• Emparejamientos e inserciones
• Vectores y valores propios

3. Movimiento longitudinal de una partícula

• Ecuaciones de movimiento, energía de transición
• Frecuencia sincrotrón

4. Imperfecciones magnéticas

• Órbita cerrada
• Errores por gradientes
• Cromaticidad

5. Emitancia del haz

• Tamaño físico
• Amortiguamiento adiabático

6. Aceleradores lineales de RF

7. Radiación sincrotrón

Referencias:

1. An Introduction to the Physics of Particle Accelerators, Mario Conte and William W. MacKay, World Scientific.
2. Accelerators Physics, S. Y. Lee, World Scientific.