Para que serve um acelerador de partículas?

Em Máquinas incríveis por André M. Coelho

Quer se trate de pesquisa médica ou científica, desenvolvimento de produtos de consumo ou para a segurança nacional, aceleradores de partículas nos cercam sem que possamos percebê-los. Desde seu início, aceleradores de partículas contribuíram de forma importante para a inovação científica e tecnológica. Hoje, existem mais de 30 mil aceleradores de partículas em operação em todo o mundo, com o LHC sendo o mais popular entre todos eles.

O que é um acelerador de partículas?

Um acelerador de partículas é uma máquina que acelera partículas elementares, como elétrons ou prótons, a energias muito altas. Em um nível básico, os aceleradores de partículas produzem feixes de partículas carregadas que podem ser usados para diversos fins de pesquisa. Existem dois tipos básicos de aceleradores de partículas: aceleradores lineares e aceleradores circulares. Os aceleradores lineares propulsam partículas ao longo de uma linha de feixe linear ou direta. Os aceleradores circulares impulsionam partículas em torno de uma pista circular. Os aceleradores lineares são utilizados para experimentos de alvo fixo, enquanto que os aceleradores circulares podem ser usados tanto para feixes colidindo quanto para experimentos de alvo fixo. O LHC é um acelerador de partículas circular, e é também uma das maiores máquinas criadas pelo ser humano.

Como funciona um acelerador de partículas?

Os aceleradores de partículas usam campos elétricos para acelerar e aumentar a energia de um feixe de partículas, que são orientadas e focadas por campos magnéticos. Uma fonte de partículas fornece as partículas, como prótons ou elétrons, que devem ser aceleradas. O feixe de partículas viaja dentro de um vácuo em um tubo de metal. O vácuo é crucial para manter um ambiente livre de ar e poeira para o feixe de partículas viajar desobstruído. Os eletroímãs dirigem e focam o feixe de partículas enquanto ele viaja através do tubo de vácuo.

Campos elétricos são espaçados em torno do acelerador de positivo para negativo em uma determinada frequência, criando ondas de rádio que aceleram partículas em grupos. As partículas podem ser direcionadas para um alvo fixo, como um pedaço fino de folha metálica, ou dois feixes de partículas podem ser colididos. Os detectores de partículas registram e revelam as partículas e a radiação produzidas pela colisão entre um feixe de partículas e o alvo.

Além de aplicações práticas em áreas como saúde e segurança, os aceleradores de partículas rompem novas fronteiras da física, comprovando teorias e buscando novas informações para enriquecer nosso conhecimento. (Foto: Universe Today)

Como os aceleradores de partícula contribuíram para a ciência?

Os aceleradores de partículas são ferramentas essenciais de descoberta para física de partículas e nuclear, além das ciências que usam raios-x e nêutrons (um tipo de partícula subatômica neutra). A física de partículas, também chamada física de alta energia, faz perguntas básicas sobre o universo. Com os aceleradores de partículas como suas ferramentas científicas primárias, os físicos de partículas alcançaram uma compreensão profunda das partículas fundamentais e das leis físicas que governam a matéria, energia, espaço e tempo.

Ao longo das últimas décadas, fontes de luz (aceleradores que produzem fótons, a partícula subatômica responsável pela radiação eletromagnética) e as ciências que as utilizam fizeram avanços dramáticos que atravessam muitos campos de pesquisa, usando feixes de raios-x para pesquisas no ramo da física e química, biologia e medicina, ciências da Terra e muitos outros aspectos da ciência e desenvolvimento de materiais.

Como os aceleradores de partículas melhoraram os produtos do nosso dia a dia?

Em todo o mundo, centenas de processos industriais usam aceleradores de partículas, desde a fabricação de chips de computador até o uso de recipientes plásticos. As aplicações de feixes de elétrons se centram na modificação das propriedades dos materiais, como a alteração de plásticos, o tratamento de superfície e a destruição de patógenos na esterilização médica e na irradiação de alimentos. Os aceleradores de feixes de íons, que aceleram as partículas mais pesadas, tem uso extensivo na indústria de semicondutores na fabricação de chips e no endurecimento das superfícies de materiais como os utilizados nas articulações artificiais de robôs e próteses ortopédicas. E se você achar que isso não tem impacto na sua vida, são robôs, em sua grande parte, os responsáveis por termos produtos de consumo mais baratos, como televisores, computadores, e carros.

Como os aceleradores de partículas são utilizados em aplicações médicas?

Existem dois papéis principais para aceleradores de partículas em aplicações médicas: a produção de radioisótopos para diagnóstico e terapia médica e como fontes de feixes de elétrons, prótons e partículas carregadas mais pesadas para tratamento médico. A radioterapia, muito usada para a destruição de células cancerosas, é um exemplo de aplicação de um acelerador de partículas.

Como os aceleradores de partículas são usados na segurança?

Os aceleradores de partículas desempenham um papel importante na segurança, incluindo inspeção de carga, gerenciamento de estoque e caracterização de materiais. São tecnologias de inspeção que só avançam e contribuem para impedir cargas ilegais ou até mesmo o roubo de cargas importantes.

O que você conhece sobre aceleradores de partículas? Quais outras curiosidades tem para contar sobre essa incrível tecnologia?

Sobre o autor

Engenheiro eletricista, André sempre foi interessado em novas tecnologias. Na primeira década dos anos 2000, atuou como consultor tecnológico em empresas, ajudando as empresas a escolherem as melhores tecnologias para suas necessidades. Desde então, continuou estudando o assunto e hoje compartilha o que aprendeu e continua aprendendo através do site Tecnologia É.

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