Aceleradores de partculas multivoltas gastam uma frao da energia
Energia
Redação do Site Inovação Tecnológica – 17/03/2023
Este o acelerador experimental no qual a equipe est desenvolvendo o conceito de multivoltas com recuperao de energia.
[Imagem: Schliessmann et al. – 10.1038/s41567-022-01856-w]
Recuperao de energia
Os aceleradores de partculas so maquinrios que usam campos eletromagnticos para acelerar partculas e colidi-las entre si ou contra um alvo especfico. Esses aparelhos so amplamente utilizados para estudar as partculas, as foras que as impulsionam e as interaes entre elas.
Os maiores e mais avanados aceleradores de partculas do mundo, como o LHC, consomem quantidades enormes de energia, o que tem gerado uma oposio dentro da prpria comunidade cientfica construo de aceleradores de partculas cada vez maiores.
Mas uma equipe da Universidade Tcnica de Darmstadt, na Alemanha, est introduzindo uma nova tcnica que retm a energia total de um feixe de partculas e ainda consome significativamente menos energia.
O conceito envolvido conhecido como “recuperao de energia”, que basicamente consiste em reciclar a energia depois de cada experimento de coliso.
“O conceito de recuperao de energia em aceleradores de partculas no novo, mas est em desenvolvimento contnuo,” explicou Manuel Dutine, membro da equipe. “Para alcanar energias de feixe mais altas com necessidades de recursos reduzidas, o conceito de recuperao de energia deve ser combinado com acelerao multivoltas, que foi o objetivo da nossa pesquisa.”
No modo convencional, o feixe seria descarregado em alta energia aps ter sido usado para um experimento (6), onde a energia armazenada no feixe de eltrons seria desperdiada. No modo de recuperao de energia, o feixe de eltrons desacelerado (7)-(10) e ento despejado em baixa energia (11). Durante a desacelerao, a energia recuperada nas cavidades do acelerador linear principal. A energia recuperada ento reciclada acelerando os grupos de eltrons subsequentes. Ao passar duas vezes pelo acelerador principal (mltiplas voltas), podem ser alcanadas energias de feixe mais altas.
[Imagem: Schliessmann et al. – 10.1038/s41567-022-01856-w.]
Acelerao multivoltas
Os aceleradores aceleram feixes, que so essencialmente um grande conjunto de partculas, e esse processo inevitavelmente consome energia. Um feixe acelerado de alta energia pode colidir com um alvo em repouso, com outro feixe de partculas ou mesmo com a luz laser, resultando em reaes que podem ento ser estudadas.
As reaes de interesse, no entanto, so muito raras, e a maioria das partculas em um feixe acaba no interagindo com nada durante um experimento. a que entra o conceito de multivoltas, aproveitando a energia que est circulando no acelerador para impulsionar o prximo feixe.
“Em um acelerador convencional, o feixe restante despejado em alta energia e a energia desperdiada,” contou Dutine. Em um acelerador com recuperao de energia, por sua vez, o feixe desacelerado em pacotes. “A energia temporariamente armazenada nos campos de micro-ondas nas estruturas de acelerao e pode depois ser usada para acelerar os prximos feixes de baixa energia,” acrescentou o pesquisador.
Recuperao de 87% da energia
O acelerador experimental desenvolvido pela equipe obteve resultados muito promissores.
“Ao medir a economia de energia, demonstramos que o conceito de recuperao de energia multivoltas funciona,” disse Dutine. “Medimos uma recuperao de at 87% da potncia de feixe consumida no acelerador principal. Essa economia de energia financeiramente relevante para feixes com potncia de gigawatt ou pode ajudar a reduzir a pegada de consumo de energia para instalaes de grande porte.”
A expectativa da equipe que seu conceito seja aproveitado no projeto dos futuros aceleradores de partculas, que podero se tornar mais eficientes.
Outra abordagem est no desenvolvimentos dos miniaceleradores de partculas, que prometem chegar a equipamentos que cabem sobre uma mesa.
Artigo: Realization of a multi-turn energy recovery accelerator
Autores: Felix Schliessmann, Michaela Arnold, Lars Juergensen, Norbert Pietralla, Manuel Dutine, Marco Fischer, Ruben Grewe, Manuel Steinhorst, Lennart Stobbe, Simon Weih
Revista: Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-022-01856-w
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