Aceleradores de partículas: 10 motivos que esclarecem porque você precisa de um

Por , em 14.07.2014

Os aceleradores de partículas são equipamentos enormes de pesquisa, obviamente extremamente caros, que os físicos usam para responder perguntas fundamentais – por exemplo, como nosso universo foi criado, porque os objetos têm massa etc.

Se você acha que essas máquinas não tem utilidade fora da pesquisa, você se engana.

Os aceleradores de partículas têm sido usados fora de laboratórios há décadas, e cada vez mais aplicações para eles estão em vista. Como:

1. Aceleradores de partículas são usados para selar caixas de leite

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Aceleradores de partículas usam a força eletromagnética para acelerar partículas carregadas. Os feixes de partículas resultantes podem ser dirigidos ao longo de um determinado percurso, incluindo para o lado de fora das paredes do acelerador. Quando uma partícula carregada e um átomo passam um pelo outro, ela pode interagir com os elétrons do átomo, tirando-os de suas órbitas. Isso, então, pode quebrar alguns compostos químicos e polimerizar outros.

E é justamente essa última habilidade que tem sido utilizada em uma das primeiras aplicações industriais de aceleradores de partículas, que remonta pelo menos a 1980: fechar sacos de batatas fritas e caixas de leite. O saco de batata é feito a partir de duas camadas de folhas de alumínio mantidas juntas por meio de uma cola. O problema é que essa cola levaria muito tempo para secar. Se a embalagem ficasse lá parada nas esteiras das indústrias, provavelmente a cola ficaria pegajosa para sempre. Mas graças ao feixe de elétrons providenciado pelo acelerador de partículas, esse processo de secagem acontecem praticamente instantaneamente. A cola é polimerizada e não solta nunca mais.

2. Uma grande quantidade de gás natural é desperdiçado e aceleradores de partículas podem arrumar esse problema

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O gás natural é mais difícil de ser armazenado do que o petróleo e requer um gasoduto para que seja transportado. É por isso que milhões de metros cúbicos de gás natural são queimados ou simplesmente jogados fora a cada ano (um desperdício poluente e nada inteligente), em vez de serem utilizados no mercado. Só para você ter uma ideia, uma organização norte-americana (Western Values Project) estimou que todo o gás natural desperdiçado em 2013 nos Estados Unidos poderia, sozinho, dar conta das necessidades energéticas de Los Angeles ou Chicago durante um ano inteiro.

Processos químicos podem converter gás para hidrocarbonetos líquidos, ou óleo, mas requerem altas temperaturas e pressões atingíveis apenas em grandes plantas. É aí que entram os aceleradores de partículas. Eles podem alcançar os mesmos resultados usando feixes de elétrons para quebrar ligações carbono-hidrogênio, fazendo com que o gás natural se recombine em uma cadeia de polímero. O processo, contudo, continua sendo uma ideia para o futuro, de forma que nenhum protótipo para colocar esse princípio em prática foi construído ainda.

3. Quer vegetais livres da bactéria E. coli? Aceleradores podem esterilizá-los para você

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Se você ver este símbolo da imagem em uma embalagem, significa que o alimento contido nela foi irradiado com um feixe de elétrons. Mais de 40 países utilizam esta tecnologia para matar as bactérias e parasitas, como a Salmonella ou E. coli em maçãs, morangos, espinafres e outros produtos vegetais. Segundo Vladimir Shiltsev, diretor do Accelerator Physics Center no Fermilab, um laboratório dos Estados Unidos especializado em física de partículas, o feixe é calibrado para destruir os patógenos, mas de forma alguma afeta a produção.

4. O carvão pode ser um combustível limpo? Sim, se você colocar um acelerador de partículas na chaminé

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A queima do carvão produz gases de combustão, como nitrogênio e óxidos de enxofre (NO2, NO3, SO2 e SO3). Quando esses gases reagem com a água atmosférica, eles se transformam em ácidos sulfúrico e nítrico, tal como H2SO4 ou HNO3, e eventualmente acabam voltando à Terra em forma de chuva ácida. Mas quando estes óxidos são misturados com amoníaco (NH3) e expostos a feixes de elétrons, eles podem ser transformados em sulfato de amônio e nitrato de amônio, que são fertilizantes comuns. Essa reação cria partículas de poeira que poderiam ser recolhidas com um separador de partículas eletrostáticas ou centrífuga e colocadas em um campo.

O único detalhe é que essa tecnologia também é uma coisa para um futuro próximo.

5. Antibióticos prejudicam os peixes? Aceleradores podem transformar medicamentos em adubo fertilizante

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Aceleradores podem limpar as lamas de depuração através da remoção de nitrogênio e fósforo que causam a proliferação de algas, e também hormônios e antibióticos que possam prejudicar os peixes. Ao expor os resíduos de esgoto a feixes de elétrons, os resíduos farmacêuticos se transformam em compostos inofensivos.

6. Seu novo computador chegou? Agradeça a um acelerador de partículas por sua fabricação

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Quebrar moléculas e destruir patógenos não são os únicos truques que os aceleradores de partículas podem fazer fora de um laboratório de pesquisa. Eles também podem ajudar a construir novos materiais. O setor de chips de computador se baseia em uma técnica chamada de doping, na qual os íons de boro e fósforo são implantados em camadas de silício através dos aceleradores. Os íons são carregados positivamente, de modo que aceleradores podem direcionar feixes de elétrons com campos eletromagnéticos. Assim, os íons penetram na superfície de silício e são depositados em locais determinados no seu interior. Isso, então, muda a condutividade do material.

7. Aceleradores matam o câncer

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Os feixes de elétrons não são as únicas partículas carregadas capazes de matar vida indesejada. Prótons também pode destruir tumores, e são uma excelente ideia para a terapia de radiação, porque eles têm um poder de penetração mais forte do que elétrons. Eles podem passar através dos tecidos, causando poucos danos, mas matando as células por onde andam.

8. Reatores nucleares podem ser à prova de acidentes? Sim, se os aceleradores de partículas estiverem no controle

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Reatores nucleares tradicionais são críticos – eles produzem nêutrons em excesso que devem ser absorvidos por barras de controle para regular a reação. O problema é que essas hastes são suscetíveis a problemas mecânicos que podem deixar a reação fora de controle.

Onde os aceleradores de partículas entram nessa história?

Eles podem controlar a quantidade de nêutrons que são fornecidos, ao invés de ter que consumir seu excesso dando margem aos problemas mecânicos de que falamos. Em reatores que utilizam esse mecanismo, um feixe de prótons poderia acertar um alvo de metais pesados​​, como mercúrio ou chumbo, produzindo uma “pulverização de nêutrons”, que em seguida, conduziria o processo de fissão nuclear.

Esse é um projeto mais seguro porque quando você desliga o acelerador, a reação nuclear simplesmente para também. Os reatores comandados por aceleradores de partículas também seriam capazes de quebrar o lixo nuclear já existente em isótopos de curta duração. Nenhum desses reatores foram construídos ainda, mas Europa, Índia e China estão trabalhando nessa ideia.

9. O petróleo ainda é o rei do nosso mundo e aceleradores de partículas podem encontrar novas fontes

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Geradores portáteis de nêutrons (ou tubos de nêutrons) ajudam a detectar petróleo, gás ou depósitos de água através de uma técnica chamada de registro de nêutrons. Durante o processo de detecção, geradores são colocados em poços exploratórios. Então, à medida que os nêutrons produzidos pelo acelerador passam através do chão em torno do furo de sondagem, eles começam a interagir com os núcleos atômicos de diversos materiais. Isso produz raios gama que podem ser captados por detectores. A força desses sinais reflete o tipo de material enterrado no solo. Petróleo e água produzem uma quantidade diferente de raios gama, o que é decisivo na hora de determinar o que foi encontrado.

10. Aceleradores ajudam a detectar armas de destruição em massa

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Os aceleradores de múons nos permitirão, literalmente, ver através das paredes. Os múons são partículas sub-atômicas semelhantes aos elétrons, mas com uma massa maior que pode facilmente passar através de grossas e pesadas paredes de aço ​​e contêineres e que reage com o material nuclear. Se um caminhão, por exemplo, estiver levando algum material nuclear de forma clandestina, os múons disparados através desse caminhão irão produzir raios gama de alta energia que podem ser detectados.

Essa mesma ideia funciona para identificação de armas de destruição em massa, por exemplo, escondidas sobre a água em navios de carga ou até mesmo enterradas no deserto. [Nautilus]

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1 comentário

  • Josias Cavalcante:

    Posso fazer tudo isso com um acelerador de partículas? Bah, acho que vou comprar um hahaha

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