Química sem limites

Acelerador de partículas

Um acelerador de partículas é um dispositivo que usa campos eletromagnéticos para impulsionar partículas carregadas a altas velocidades dentro de feixes bem definidos.

Um acelerador de partículas é um dispositivo que usa campos electromagnéticos para impulsionar partículas carregadas a altas velocidades e para as conter em feixes bem definidos. Enquanto os aceleradores de partículas atuais estão focados em quebrar partículas subatômicas juntas, os aceleradores de partículas iniciais esmagariam átomos inteiros juntos, induzindo a fusão nuclear e, portanto, a transmutação nuclear.

Transmutação nuclear é a conversão de um elemento químico ou isótopo em outro. Em outras palavras, os átomos de um elemento podem ser transformados em átomos de outro elemento por transmutação. Isto ocorre através de reações nucleares nas quais uma partícula externa reage com um núcleo, que pode ser fornecido por um acelerador de partículas, ou através de decaimento radioativo, onde nenhuma partícula externa é necessária.

História da Transmutação Nuclear

O termo transmutação remonta à alquimia. Os alquimistas perseguiram a pedra filosofal, capaz de transformar os metais de base em ouro. A impossibilidade da transmutação metálica tem sido debatida entre alquimistas, filósofos e cientistas desde a Idade Média. No século XVIII, Antoine Lavoisier substituiu a teoria alquímica dos elementos pela moderna teoria dos elementos químicos, e mais tarde John Dalton desenvolveu a noção de átomos para explicar vários processos químicos. A desintegração dos átomos é um processo distinto envolvendo energias muito maiores do que as que poderiam ser alcançadas pelos alquimistas.

A transmutação nuclear foi aplicada pela primeira vez conscientemente à física moderna por Frederick Soddy quando ele, juntamente com Ernest Rutherford, descobriu que o tório radioativo estava se convertendo em rádio em 1901. No momento da realização, Soddy lembrou mais tarde, ele gritou: “Rutherford, isto é transmutação!” Rutherford voltou: “Por amor de Deus, Soddy, não lhe chames transmutação. Eles vão tirar-nos a cabeça como alquimistas.”

Aceleradores de Partículas

Existem duas classes básicas de aceleradores: aceleradores electrostáticos e aceleradores de campo oscilante. Os aceleradores electrostáticos utilizam campos eléctricos estáticos para acelerar partículas. Um exemplo em pequena escala desta classe é o tubo de raios catódicos de um velho e comum aparelho de televisão. Outros exemplos são o gerador Cockcroft-Walton e o gerador Van de Graaf. A energia cinética realizável para as partículas nestes dispositivos é limitada por avarias eléctricas. Os aceleradores de campo oscilante, por outro lado, utilizam campos electromagnéticos de radiofrequência para contornar o problema da avaria. Esta classe, cujo desenvolvimento começou na década de 1920, é a base para todos os conceitos modernos de aceleradores e instalações de grande escala. Rolf Widerøe, Gustav Ising, Leó Szilárd, Donald Kerst e Ernest Lawrence são considerados pioneiros do campo, concebendo e construindo o primeiro acelerador de partículas linear operacional, o betatron, e o ciclotron.

Desde que os colididores podem dar evidências sobre a estrutura do mundo subatômico, os aceleradores eram comumente chamados de destruidores de átomos no século 20. Apesar da maioria dos aceleradores (com exceção das instalações de íons) realmente impulsionar partículas subatômicas, o termo persiste no uso popular quando se refere aos aceleradores de partículas em geral.

Fermi National Accelerator Laboratory: Foto aérea do Tevatron no Fermilab, que se assemelha a uma figura oito. O acelerador principal é o anel acima; o abaixo (cerca de metade do diâmetro, apesar das aparências) é para a aceleração preliminar, resfriamento e armazenamento, etc.

Prever os produtos da transmutação é como prever os produtos da decadência radioativa. É importante assegurar que a massa atômica total e os números atômicos de ambos os lados da equação permaneçam iguais.