Acelerador de partículas

O texto “Radioatividade Artificial” mostrou que para que ocorra uma transmutação, isto é, para que núcleos estáveis de elementos naturais se transformem em núcleos de outros elementos químicos, é necessário que ocorra um bombardeamento desse núcleo estável com determinadas partículas.

Entre essas partículas-projéteis, os nêutrons se mostram muito eficientes, pois como eles não possuem carga elétrica, eles não sofrem influência do núcleo, que é positivo. Assim, os nêutrons não sofrem ação dos campos elétricos dos átomos e seguem seu trajeto sem perder energia.

No entanto, as outras partículas (alfa, próton, dêuteron) possuem carga positiva, igual à do núcleo. Portanto, ocorre uma repulsão e quanto maior o número atômico do elemento (quanto maior o número de prótons), maior será a carga positiva e maior será a força de repulsão.

Para vencer essa repulsão, as partículas-projéteis precisam ser aceleradas a velocidades muito altas.  Isso é feito no acelerador de partículas.

Essas partículas são obtidas por meio da emissão natural de elementos radioativos e depois da sua aceleração no aparelho. Os principais tipos de aceleradores são: Gerador de van de Graaf, Acelerador linear e Cíclotron de Lawrence.

• Cíclotron de Lawrence: a seguir vemos a figura de Ernest O. Lawrence e, no canto inferior direito, vemos o primeiro acelerador de partículas (cíclotron).

O nome cíclotron significa “canhão circular”, pois ele é formado por duas partes na forma de D, que são eletrodos ocos, separados por um espaço intermediário. Dessa forma, juntos parecem uma circunferência.

Seu funcionamento ocorre da seguinte maneira: quando uma partícula é lançada no espaço entre os eletrodos, ela é alternadamente atraída por um e repelida pelo outro, pois eles são alimentados por uma corrente alternada de alta frequência que faz com que eles fiquem ora carregados positivamente ora negativamente. Com isso, a trajetória circular da partícula é acelerada cada vez mais, transformando-se em trajetória em espiral, até que ela é lançada por uma fenda em direção ao núcleo-alvo.

• Gerador de van de Graaf: o processo de funcionamento desse equipamento é chamado de “efeito de ponta”. As pontas, que são os pentes metálicos, estão ligadas a uma cúpula metálica com uma correia de borracha isolante que serve de meio para os elétrons, que são retirados do pente 1 e capturados pelo pente 2.

Com isso, a cúpula vai se carregando positivamente e seu campo elétrico torna-se extraordináriamente alto. As pontas ficam ao redor de uma saliência pontiaguda de um corpo condutor. Os íons positivos estão na fonte do tubo e com a força do campo elétrico eles são, então, repelidos violentamente na direção do alvo.

• Acelerador linear: as partículas passam pelo interior de cilindros ocos sucessivos, que são alimentados por uma corrente elétrica de alta voltagem e frequência muito elevadas. Por exemplo, quando a fonte emite partículas com carga positiva, o primeiro cilindro torna-se fortemente carregado negativamente, atraíndo as partículas. Quando elas estiverem na metade do cilindro, ele torna-se positivo e elas são repelidas para o segundo cilindro que está carregado negativamente. E isso continua de modo sucessivo, até que as partículas adquiram a aceleração desejada.

Por meio do uso desses aceleradores, já foi possível produzir vários elementos transurânicos, isto é, com número atômico maior que o do urânio (Z > 92), em laboratório. Entre eles estão o netúnio (Np), o plutônio (Pu), o amerício (Am), o cúrio (Cm), o berquélio (Bk), o califórnio (Cf), o einstênio (Es) e o férmio (Fm).