Mini-acelerador de elétrons vai estudar a vida em detalhes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/06/2013

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.

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:

• Acelerador de plasma a laser alcança 1 quatrilhão de watts

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.

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