Energia

Mini-acelerador de elétrons vai estudar a vida em detalhes
Este é o interior da câmara de vácuo onde ocorre a aceleração dos elétrons. O laser vem da direita e a câmara de plasma está no centro.[Imagem: Neil Fazel]

Mini-síncrotron

Há alguns anos, cientistas se deram conta de que já era possível construir aceleradores de elétrons que cabem em cima de uma mesa.

Esses mini-síncrotrons começaram pequenos também em termos de energia, mas, em 2010, começaram a gerar raios com energias úteis na prática.

Os síncrotrons são aceleradores de elétrons, onde são gerados tipos especiais de luz - geralmente raios X moles e duros - cada uma útil para um tipo de aplicação - por exemplo, nanobiologia, farmacologia, energia, microeletrônica, alimentos, materiais e até paleontologia.

Agora, os mini-síncrotrons deixaram de vez de ser uma curiosidade científica, e começam a competir com os gigantescos laboratórios que fazem o mesmo trabalho, mas a um custo de milhões de dólares.

"Nós aceleramos cerca de meio bilhão de elétrons a 2 gigaeletronvolts em uma distância de pouco mais de 2 centímetros," conta Mike Downer, da Universidade do Texas em Austin, nos Estados Unidos.

"Até agora, esse grau de energia e foco exigia um acelerador convencional do comprimento de dois campos de futebol. É uma redução por um fator de aproximadamente 10.000," completou Downer.

Estudos da vida

O feito é mais um marco em uma rota que, se espera, levará a um futuro no qual aceleradores de vários gigaeletronvolts (GeV) serão equipamentos de rotina nos laboratórios de todo o mundo.

Esses equipamentos de pequeno porte serão de grande utilidade sobretudo para químicos e biólogos, que usam os raios X produzidos pelos síncrotrons para estudar processos em nível molecular, com precisão atômica.

Downer prevê que, em poucos anos, estarão disponíveis aceleradores de 10 GeV de poucos centímetros de comprimento - esta é uma marca mais do que simbólica, porque 10 GeV é a energia necessária para estudar organismos vivos.

"Os raios X que eles poderão produzir terão duração de femtossegundos, que é a escala temporal em que as moléculas vibram e as reações químicas mais rápidas ocorrem. Eles terão a energia e o brilho para que possamos ver, por exemplo, a estrutura atômica de moléculas de proteínas individuais em uma amostra viva," afirmou.

Mini-acelerador de elétrons vai estudar a vida em detalhes
Na aceleração laser-plasma, um laser de alta potência dispara um pulso muito curto em uma nuvem de plasma, arrancando os elétrons. [Imagem: Xiaoming Wang et al./Nature Communications]

Aceleração laser-plasma

Para gerar os elétrons de alta energia capazes de produzir esses raios X, os pesquisadores usaram uma técnica de aceleração chamada de aceleração laser-plasma, em que um laser de alta potência dispara um pulso muito curto em uma nuvem de plasma, arrancando os elétrons.

O recorde de aceleração de elétrons pertence a um equipamento que usa essa tecnologia, embora ele não caiba em cima de uma mesa:

O conceito da aceleração laser-plasma foi desenvolvido em 1970 por Toshiki Tajima e John Dawson, mas o progresso na área foi lento porque não havia lasers pulsados com potência e precisão suficientes para colocá-lo em prática.

Bibliografia:

Quasi-monoenergetic laser-plasma acceleration of electrons to 2 GeV
Xiaoming Wang, Rafal Zgadzaj, Neil Fazel, Zhengyan Li, S. A. Yi, Xi Zhang, Watson Henderson, Y.-Y. Chang, R. Korzekwa, H.-E. Tsai, C.-H. Pai, H. Quevedo, G. Dyer, E. Gaul, M. Martinez, A. C. Bernstein, T. Borger, M. Spinks, M. Donovan, V. Khudik, G. Shvets, T. Ditmire, M. C. Downer
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 1988
DOI: 10.1038/ncomms2988




Outras notícias sobre:

    Mais Temas