Caros Leitores,
Embora a versão atual
esteja em plena atividade, já está pronto o projeto do novo LHC.[Imagem: Daniel Dominguez/Maximilien Brice]
Aceleradores
de partículas
Falar em aceleradores de partículas lembra
logo instalações gigantescas, como o LHC (Large Hadron Collider), voltadas
para a pesquisa fundamental em física de altas energias.
Mas existem inúmeros aceleradores bem
menores, que são utilizados em medicina (exames por imagem ou tratamento de
tumores), na indústria (esterilização de alimentos, inspeção de cargas,
engenharia eletrônica) e em vários tipos de investigação (prospecção de petróleo,
pesquisa arqueológica, estudo de obras de arte).
Qualquer que seja o objetivo, contudo, é
necessário controlar o caos dos feixes de partículas para aumentar a eficiência
em todas essas aplicações, incluindo a velocidade máxima atingida pelas partículas
aceleradas.
Uma nova contribuição nessa área acaba de ser
dada por Meirielen Caetano de Sousa e Iberê Luiz Caldas, do Instituto de Física
da Universidade de São Paulo.
Barreira
contra o caos
Meirielen e Iberê idealizaram uma barreira de
transporte que confina as partículas, impedindo que elas passem de uma região
do acelerador para outra. Esse procedimento, ainda não efetivado em
aceleradores comuns, já foi observado em tokamaks - reatores de formato toroidal
utilizados em fusão nuclear -, nos quais o confinamento
magnético das partículas impede que o plasma superaquecido entre em contato com
as paredes do equipamento, que poderiam ser derretidas pelo calor.
"Nos tokamaks, a barreira de transporte é obtida por meio de
eletrodos, aplicados nas bordas do plasma, que alteram o campo elétrico. Em
aceleradores, isso ainda não foi realizado. O que já se fez foi adicionar uma
onda eletrostática com parâmetros bem definidos ao sistema. Ao interagir com as
partículas, a onda consegue controlar o caos mas gera múltiplas barreiras, que
não vedam a região de forma tão precisa. Trata-se de uma solução menos robusta.
Em nosso estudo, modelamos um sistema com uma única barreira, a exemplo do que
ocorre em tokamaks," detalhou Meirielen.
Essa barreira única e robusta deverá ser
produzida por meio de uma perturbação magnética ressonante. Ao responder à
perturbação, o plasma fica confinado em uma só região.
"Criamos o modelo, o descrevemos
matematicamente e as simulações numéricas mostraram que ele funciona. Cabe
agora levar a proposta aos físicos experimentais, para que a solução seja
testada na prática," disse Meirielen.
Controle do caos
As partículas usadas para análises, testes e
imageamento são geradas por um canhão de elétrons - pela diferença de potencial
entre o anodo e o catodo - ou pela aplicação de um pulso de laser ao plasma. E
elas são então aceleradas por meio de ondas eletromagnéticas, que lhes fornecem
sucessivos aportes de energia.
Controle do caos
As partículas usadas para análises, testes e
imageamento são geradas por um canhão de elétrons - pela diferença de potencial
entre o anodo e o catodo - ou pela aplicação de um pulso de laser ao plasma. E
elas são então aceleradas por meio de ondas eletromagnéticas, que lhes fornecem
sucessivos aportes de energia.
"O que se espera de um acelerador é que todas as partículas cheguem
juntas no final, sem se desviar no caminho, e mais ou menos com a mesma energia
e velocidade. Se elas se comportam de forma caótica, isso não acontece. E o
feixe deixa de servir para qualquer aplicação", explicou Iberê.
A barreira proposta pelos dois físicos
brasileiros controla o caos, possibilita que a velocidade máxima alcançada
pelas partículas aumente e que a velocidade inicial necessária diminua. Para
uma onda de baixa amplitude, a velocidade final simulada aumentou 7% e a
velocidade inicial diminuiu 73%.
Além do aumento da eficiência dos
aceleradores, a pesquisa poderá ajudar a diminuir o uso das fontes radioativas.
"Hoje em dia, a emissão de partículas,
para uso médico ou industrial, ainda é muito baseada no emprego de materiais
radioativos. Decorrem disso vários problemas, como poluição, decaimento do
material emissor com necessidade de reposição e altos custos. Os aceleradores
evitam esses problemas. A utilização de radioisótopos está sendo parcialmente
substituída por aceleradores. Daí o grande interesse em otimizar o
funcionamento desses equipamentos," explicou o professor Iberê.
Fonte: Inovação Tecnológica
Bibliografia:
Improving particle beam acceleration in plasmas
Meirielen Caetano de Sousa, Iberê Luiz
Caldas
Physics of Plasmas
Vol.: 25, 043110
DOI: 10.1063/1.5017508
HélioR.M.Cabral
(Economista, Escritor e Pesquisador Independente na Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens)
que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System)
administrado pela NASA.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um
Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de
monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e
National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
