Como eliminar a radioatividade dos cabos elétricos?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/04/2024

Tiras de cobre flexível ultrapuros em termos de radioemissões de fundo.
[Imagem: Andrea Starr/PNNL]

Radiocontaminantes

Você não vê alertas de risco de radioatividade nos objetos de consumo, mas ela está lá, muito fraca, mas presente em quase tudo - por exemplo, nos fios elétricos presentes em tudo, dos aparelhos eletrônicos à fiação que ilumina sua casa.

É claro que isso não é motivo para preocupações com relação à saúde humana, já que a emissão é tão baixa que é até mesmo difícil detectá-la, mas é uma grande preocupação quando estamos fabricando sensores e aparelhos ultrassensíveis para fazer medições de fenômenos muito delicados ou para detectar fenômenos muito raros: Uma partícula alfa, beta ou gama emitida por um átomo radioativo pode ser suficiente para gerar um sinal falso-positivo e arruinar esses experimentos.

Para se ter uma ideia, as medições indicam que cabos flexíveis de cobre-poliimida contêm de 400 a 4.700 picogramas por grama (pg) de urânio-238, de 16 a 3.700 pg de tório-232 e de 170 a 2.100 nanogramas (ng) de potássio, o que pode ser uma fonte significativa de fundo radioativo para muitos detectores, contam Isaac Arnquist e colegas do Laboratório Nacional Noroeste do Pacífico (PNNL), nos EUA.

Os engenheiros precisam desses cabos para coletar os sinais dos sensores e detectores, mas os cabos comerciais não atendem aos padrões da próxima geração de detectores que serão usados amplamente, dos experimentos para detectar o decaimento beta de neutrinos até o interior dos computadores quânticos.

Para minimizar esses problemas, a equipe desenvolveu então novos cabos elétricos flexíveis de baixa radioatividade, o que promete aumentar a sensibilidade desses experimentos e equipamentos reduzindo a quantidade de radioatividade de fundo, além de permitem a implantação de sensores adicionais dentro do próprio detector.

Os processos desenvolvidos pela equipe deverão ser aproveitados em uma série de experimentos e aplicações de próxima geração.
[Imagem: Isaac J. Arnquist et al. - 10.1140/epjti/s40485-023-00104-6]

Cabos (quase) sem radioatividade

A chave da pesquisa consistiu na identificação das etapas da fabricação dos fios onde os contaminantes radioativos entram no cobre. As análises revelaram que, mesmo começando com materiais radiopuros cuidadosamente selecionados, contaminantes radioativos foram introduzidos nos fios por meio de soluções químicas usadas durante as etapas de fotolitografia e galvanização.

A solução veio então na "limpeza" desses processos, criando métodos alternativos mais limpos. No caso da fotolitografia, o processo passou a ser subtrativo, eliminando a agregação de radioimpurezas e permitindo a extração das que já vêm no cobre original por meio de uma etapa adequada de pós-processamento. Os problemas gerados durante a galvanização também foram resolvidos por uma etapa adicional de limpeza.

O resultado são cabos "silenciosos", com as emissões radioativas ficando dentro do padrão aceitável de partes por bilhão. Os cabos fabricados com os novos processos apresentaram concentrações de radiocontaminantes de 20 a 31 pg de urânio-238, 12 a 13 pg de tório-232 e 40 a 550 ng de potássio, o que é significativamente mais limpo do qualquer coisa já feita antes, e suficientemente radiopuros para os detectores atuais e de próxima geração.

A equipe agora pretende aplicar sua técnica para desenvolver cabos supercondutores de baixa radioatividade para pesquisas criogênicas de detecção de eventos raros e desenvolver placas de circuito impresso de baixa radioatividade, que deverão ser o material dominante nos refrigeradores de diluição usados para acondicionar os computadores quânticos e vários experimentos de fronteira.

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