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Nanotecnologia

Acelerador de elétrons fica menor que um grão de arroz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/10/2013

Acelerador de elétrons fica do tamanho de um grão de arroz
Apesar de ter apenas 3 milímetros de comprimento, o chip acelera os elétrons a uma taxa 10 vezes superior à obtida com a tecnologia convencional.
[Imagem: Matt Beardsley, SLAC]

Aceleradores de mesa

O LHC é o acelerador de partículas mais conhecido, um anel de 27 km de circunferência que custou vários bilhões de dólares.

Os aceleradores de elétrons costumam ser menores e mais baratos - embora "menor" e "barato" sejam termos bem relativos nesse caso.

Mas não é o caso do acelerador de elétrons construído por Edgar Peralta e Ken Soong, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.

Em um avanço que poderá miniaturizar de vez uma tecnologia largamente usada em experimentos que vão da ciência dos materiais à medicina, eles construíram um acelerador de elétrons que cabe em um chip - e um chip muito pequeno.

Como foi fabricado com lasers comerciais e técnicas de fabricação industrial de baixo custo, os pesquisadores acreditam que o "acelerador em um chip" abre o caminho para novas gerações de aceleradores "de mesa".

"Nosso objetivo último para essa estrutura é alcançar 1 bilhão de elétron-volts por metro, e já percorremos um terço do caminho em nosso primeiro experimento," disse o professor Robert Byer, um dos líderes do projeto.

Acelerador de elétrons

Os aceleradores atuais usam micro-ondas para acelerar os elétrons. O chip-acelerador usa um conceito diferente, baseado em lasers.

As partículas geralmente são aceleradas em duas etapas. Primeiro, elas são impulsionadas até quase a velocidade da luz. A partir daí, qualquer aceleração adicional aumenta a sua energia, mas não a sua velocidade - este é o maior desafio.

O acelerador em um chip entra na segunda etapa, depois que os elétrons já receberam o empurrão inicial.

Acelerador de elétrons fica do tamanho de um grão de arroz
Princípio de funcionamento do chip acelerador de elétrons.
[Imagem: Edgar A. Peralta]

Ao entrar no chip, os elétrons são focalizados em um canal com 500 nanômetros de diâmetro escavado no interior de uma pastilha de vidro de óxido de silício.

O canal não é liso, mas cheio de ranhuras, nas quais a luz infravermelha emitida por um laser gera campos elétricos que interagem com os elétrons, aumentando sua energia.

Com força total, o chip pode colocar os elétrons em uma energia similar à obtida com o acelerador linear de 3,2 km da Universidade de Stanford.

Para criar um acelerador de elétrons realmente miniaturizado, contudo, os pesquisadores precisarão compactar também a primeira parte da aceleração, aquela que despeja os elétrons na entrada do chip - no momento, mesmo com um chip de 3 milímetros, a estrutura toda mediria cerca de 30 metros.

Bibliografia:

Artigo: Demonstration of electron acceleration in a laser-driven dielectric microstructure
Autores: E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer
Revista: Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature12664





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