Acelerador de mesa: Microbocais e lasers vão substituir aceleradores gigantes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/06/2025

Uma haste de hidrogênio sólido é incorporada a um microbico de alumínio, que canaliza e concentra o fluxo de plasma para otimizar a aceleração dos prótons.
[Imagem: Masakatsu Murakami]

Acelerador por microbocal

Feixes de partículas com energias na faixa dos giga-elétron-volts (GeV), hoje considerados alcançáveis apenas com aceleradores de partículas de grande porte, poderão em breve ser gerados em configurações compactas, não apenas barateando muito o uso da técnica, como também abrindo caminho para seu uso em aplicações de menor porte.

Masakatsu Murakami e colegas da Universidade de Osaka, no Japão, desenvolveram um novo conceito que eles batizaram de aceleração por microbocal.

Ao projetar um microalvo com pequenas características - semelhantes a um bico de injeção de combustível de um automóvel - e irradiá-lo com pulsos de laser muito intensos, mas também muito rápidos, a equipe desenvolveu um novo modo de gerar feixes de prótons de alta qualidade de classe GeV: uma conquista inédita no mundo.

Ao contrário dos métodos tradicionais de aceleração baseados em laser, que utilizam alvos planos e atingem limites de energia abaixo de 100 megaelétron-volts (MeV) (1 GeV = 1000 MeV), a estrutura de microbocal permite alcançar uma aceleração sustentada e gradual de prótons dentro de um campo elétrico quase estático, criado dentro do alvo.

As simulações numéricas demonstram que o novo mecanismo permitirá que as energias dos prótons excedam 1 GeV, com excelente qualidade e estabilidade do feixe.

A aceleração por microbocais utiliza um minúsculo bocal que abriga uma haste de hidrogênio sólida (haste H), posicionada precisamente perto do gargalo do bico para maximizar o rendimento de prótons. Atuando como uma "lente de potência", o microbico concentra a energia incidente do laser na haste H, permitindo uma deposição de energia eficiente e localizada.
[Imagem: M. Murakami et al. - 10.1038/s41598-025-03385-x]

Vale a pena testar

Com o projeto pronto e matematicamente demonstrado, agora os experimentalistas e engenheiros terão que colocar a mão na massa para demonstrar que o projeto funciona na prática.

Isso será largamente facilitado justamente pela dimensão compacta do novo acelerador, em comparação com os gigantescos aceleradores, que levam décadas para serem projetados e construídos.

E valerá a pena testar, uma vez que aceleradores de prótons de alta energia têm aplicações que vão além da física fundamental, incluindo os reatores de fusão nuclear baseados em laser e sistemas mais compactos e precisos para a terapia contra o câncer.

"Esta descoberta abre uma nova porta para a aceleração de partículas compacta e de alta eficiência," disse Murakami. "Acreditamos que este método tem o potencial de revolucionar áreas como a energia de fusão a laser, a radioterapia avançada e até mesmo a astrofísica em escala laboratorial."

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