O que são aceleradores de partículas?

Os aceleradores de partículas produzem e aceleram feixes de partículas carregadas, como elétrons, prótons e íons, de tamanho atômico e subatômico. Eles são usados ​​não apenas em pesquisas fundamentais para uma melhor compreensão da matéria, mas também em uma infinidade de aplicações socioeconômicas relacionadas à saúde, monitoramento ambiental, qualidade de alimentos, tecnologias energéticas e aeroespaciais, segurança pública (scanners de conteiners) etc.

Se você não é um especialista, aqui está o que você precisa saber.

Tradução livre do post da Agência Internacional de Energia Atômica disponibilizado em:

https://www.iaea.org/newscenter/news/what-are-particle-accelerators#.Yn1FE4rtDh4.gmail

Como eles funcionam?

Os aceleradores de partículas podem ser lineares (retos) ou circulares e podem ter diferentes dimensões. Eles podem ter dezenas de quilômetros de comprimento ou caber em uma pequena sala, mas todos os aceleradores possuem quatro componentes principais.

aceleradores de partículas
(1) Uma fonte que produz as partículas carregadas.
(2) Um dispositivo composto para adicionar energia às partículas e acelerá-las pela aplicação de um campo elétrico estático ou oscilante;
(3) Uma sequência de tubos metálicos no vácuo para permitir que as partículas se movam livremente sem colidir com moléculas de ar ou poeira que possam dissipar o feixe;
(4) Um sistema de eletroímãs para direcionar as partículas do feixe ou alterar suas trajetórias antes de serem bombardeadas em uma amostra alvo.

Como os feixes de partículas são usados?

Saúde

Os feixes produzidos podem ser usados ​​para esterilizar equipamentos médicos e podem produzir radioisótopos necessários para o diagnóstico e terapia de câncer. Aceleradores também são usados ​​para destruir células cancerosas (radioterapia), revelar a estrutura de proteínas e vírus e otimizar vacinas e novos medicamentos.

Pesquisa

Alguns aceleradores (os maiores) são usados ​​para fazer partículas subnucleares colidirem com velocidades próximas às da luz para aumentar nossos conhecimentos sobre as origens do nosso universo. Alguns desses aceleradores também podem produzir nêutrons.

Meio Ambiente

Normalmente, os feixes de prótons podem ser usados ​​para detectar traços de elementos químicos no ar, na água ou no solo. Um exemplo são produtos químicos em amostras de ar são coletados com filtros especiais que são estudados com técnicas analíticas. Os resultados revelam a concentração e composição dos diferentes poluentes e fornecem uma informação única da qualidade do ar.

Indústria

Os feixes produzidos podem interagir com os átomos de um material alvo, alterando suas propriedades.

O que é um acelerador de partículas?

Os aceleradores de partículas têm muitas aplicações na medicina, indústria e pesquisa. Essas máquinas aceleram partículas carregadas, como elétrons e prótons, a altas velocidades, próximas à velocidade da luz.

Quais são os diferentes tipos de aceleradores de partículas?

Implantadores iônicos

Esses aceleradores são amplamente utilizados na indústria para, por exemplo, tornar os materiais mais resistentes a danos causados ​​pelo desgaste e uso. Cerca de 12.000 implantadores iônicos em todo o mundo ajudam a fabricar semicondutores para telefones celulares e painéis solares. Eles também são usados ​​em acabamentos de metal, cerâmica e vidro para endurecer as superfícies, torná-las mais duráveis ​​e melhorar sua longevidade. Os implantadores iônicos também podem melhorar a confiabilidade dos materiais usados ​​para implantes médicos, tornando-os mais seguros para uso no corpo. 

Aceleradores de elétrons

Com quase 10.000 equipamentos em operação globalmente, os aceleradores de elétrons são uma ferramenta industrial. Eles podem tornar os materiais mais duráveis ​​a temperaturas extremas ou resistentes a produtos químicos. Os feixes de elétrons também são amplamente utilizados para esterilizar produtos médicos, alimentos e para desinfetar águas de esgoto. Eles são amplamente utilizados nas indústrias automotiva e aeroespacial, construção de máquinas e por fabricantes de produtos médicos.

Linacs

Os aceleradores lineares (linacs) podem variar em comprimento, de alguns metros a alguns quilômetros. Muitos deles são usados ​​em pesquisas científicas. Os mais conhecidos são os linacs médicos instalados em hospitais, que criam feixes de raios X que são direcionadas às células tumorais para destruí-las (radioterapia). Existem cerca de 1.000 linacs médicos operando em todo o mundo. São também utilizados na área de segurança pública, na inspeção de contêineres em terminais portuários ou fronteiras.

Cíclotrons

Mais de 1.200 cíclotrons em todo o mundo criam feixes de prótons ou deutérios para uso médico. Eles produzem radioisótopos que são usados ​​em medicina nuclear.

Sincrotrons

Os mais de 70 sincrotrons existentes ao redor do mundo são os maiores aceleradores de partículas. Eles são usados ​​para pesquisas científicas e são mais conhecidos por nos ajudar a entender as leis fundamentais do nosso universo, mas também por inúmeras aplicações. Os cientistas usam sincrotrons para estudos em química, biomedicina, patrimônio natural e cultural, meio ambiente e muitos outros.

Aceleradores eletrostáticos

Os aceleradores eletrostáticos são mais simples e baratos e os cientistas os usam para investigar propriedades de materiais, monitorar o meio ambiente, apoiar pesquisas biomédicas, estudar objetos de patrimônio cultural e muito mais. Com os recentes aumentos em sua capacidade, os especialistas esperam que as atuais 300 máquinas cresçam em número nos próximos anos.