Menor acelerador de partculas do mundo tem tamanho de um gro de poeira

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/10/2023

Miniacelerador de partcula

H mais de uma dcada que os pesquisadores vm tentando miniaturizar os aceleradores de partculas, tipicamente usando raios laser para acelerar os eltrons.

As vantagens so enormes, uma vez que os aceleradores de partculas so ferramentas cruciais em uma ampla variedade de reas da indstria, do setor mdico e das pesquisas cientficas. Acontece que, hoje, o espao que essas mquinas exigem varia de alguns metros quadrados at grandes centros de pesquisa do tamanho de um quarteiro, ou at maiores, o que significa custos elevadssimos.

Toms Chlouba e colegas da Universidade Friedrich-Alexander, na Alemanha, conseguiram agora construir um acelerador de partculas de pleno direito, com acelerao real dos eltrons, e totalmente integrado, com todas as etapas necessrias acelerao contidas dentro de um chip.

O microacelerador mede 500 micrmetros de comprimento (0,5 milmetro) e 225 nanmetros de largura – para comparao, o acelerador LHC, na Europa, tem 27 km de comprimento. Ele conseguiu acelerar eltrons, de uma energia inicial de 28,4 quiloeltron-volts (keV), para at 40,7 keV. “Ns ganhamos uma energia de 12 quiloeltrons-volts. Isso representa um ganho de 43% em energia,” ressaltou o professor Leon Brckner.

Esses aceleradores dentro de chips permitem sonhar com aplicaes totalmente inusitadas e impensveis hoje. “A aplicao dos sonhos seria colocar um acelerador de partculas em um endoscpio para poder administrar radioterapia diretamente na rea afetada do corpo,” exemplifica o professor Chlouba, referindo-se aos tratamentos contra o cncer.

Acelerador de partculas a laser

Para acelerar as partculas em distncias to curtas, a equipe combinou duas tcnicas. A primeira chamada focalizao de fase alternada, em que um laser usado para guiar os eltrons ao longo do acelerador e injetar-lhes energia. A segunda um sistema de nanoestruturas geomtricas em forma de pilar, que focalizam e “soltam” as ondas eletrnicas repetidamente. Estruturas desse tipo j so largamente utilizadas em fotnica, mas a equipe precisou projetar estruturas especiais para obter um ganho real de acelerao.

A equipe afirma que esta primeira demonstrao de ganho real de acelerao em um acelerador miniaturizado apenas o comeo. Agora o objetivo ser aumentar o ganho de energia e corrente dos eltrons a tal ponto que o acelerador de partculas em um chip seja suficiente para aplicaes em medicina.

Para isso, o ganho de energia ter que ser aumentado em um fator de aproximadamente 100. “Para conseguir correntes de eltrons mais altas com energias mais altas na sada da estrutura, teremos que expandir as estruturas ou colocar vrios canais prximos uns dos outros”, antecipa Chlouba.

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