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Energia

É possível enxergar campos elétricos sem desmontar aparelhos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/10/2020

Imageamento por nêutrons permite ver campos elétricos sem desmontar aparelhos
Nêutrons (azuis), que podem penetrar em objetos sólidos (como a parede de aço cinza), não têm carga elétrica. No entanto, seus spins magnéticos são afetados por um campo elétrico (verde), sofrendo um leve ajuste à medida que passam pelo campo. Essa mudança de direção no spin (ângulo vermelho) pode ser medida por polarimetria, usando um filtro de spin de nêutrons e um solenoide, representado pela bobina.
[Imagem: N. Hanacek/NIST]

Análise em tempo de voo

Físicos desenvolveram uma maneira de usar nêutrons para detectar campos elétricos em espaços que são inacessíveis para os sensores convencionais.

Essa técnica não-destrutiva - mas penetrativa - pode viabilizar a construção de aparelhos de detecção capazes de ver através das paredes ou para detectar campos elétricos em componentes eletrônicos, fazendo diagnósticos sem precisar abrir os aparelhos, por exemplo.

"Esta é a primeira vez que alguém consegue gerar uma imagem de um campo elétrico que foi fisicamente isolado. Pode haver algo que você não deseja desmontar, mas deseja inspecionar. Esta abordagem pode oferecer uma maneira de ver seus campos elétricos, mesmo que haja barreiras no caminho," disse Dan Hussey, do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia dos EUA.

A técnica usa um feixe intenso de nêutrons polarizados, as partículas que, junto com os prótons, formam os núcleos de todos os elementos, exceto o hidrogênio. Os nêutrons possuem a capacidade de penetrar em materiais densos, como os metais, que bloqueiam a passagem de outras partículas ou tipos de radiação.

Ao contrário das partículas carregadas, como os prótons (positivos), os nêutrons não possuem carga elétrica líquida. No entanto, eles têm uma propriedade magnética chamada spin, que pode ser manipulada por um campo magnético.

A direção do spin do nêutron é afetada pelo magnetismo - algo que a equipe de pesquisa usou a seu favor.

Imageamento por nêutrons

Quando um nêutron passa por um campo elétrico, isso equivale ao campo elétrico se mover em direção a um nêutron estacionário - apenas a perspectiva, ou quadro de referência, é diferente. E, quando a fonte de um campo elétrico se move, ela gera um campo magnético.

Mesmo para o forte campo elétrico empregado neste experimento de demonstração, o campo magnético efetivo era fraco, cerca de 50 vezes menor do que o campo magnético da Terra. No entanto, este campo magnético fraco inclinou ligeiramente a direção do spin magnético do nêutron.

Nos experimentos, o ângulo de inclinação era inferior a um grau, mas usando um método de polarimetria sensível desenvolvido pela equipe, esse pequeno desvio no spin foi medida com uma precisão de cerca de um centésimo de grau.

A equipe pretende agora reproduzir seu experimento usando fontes de nêutrons pequenas, disponíveis comercialmente, para confirmar a possibilidade de uso prático da técnica.

"Você pode querer diagnosticar eletrônicos de alta tensão enquanto eles estão operando, ou potencialmente estudar materiais que têm propriedades elétricas em ambientes de amostragem," disse Hussey. "Agora que a capacidade existe, talvez surjam outras ideias."

Bibliografia:

Artigo: Electric Field Imaging Using Polarized Neutrons
Autores: Y-Y. Jau, D. S. Hussey, T. R. Gentile, W. Chen
Revista: Physical Review Letters
DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.110801





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