Laboratório americano aumenta 100 vezes a eficiência de acelerador de partículas usando laser e plasma

O mundo da engenharia está em constante evolução, e uma das inovações recentes que mais tem chamado a atenção é o acelerador de plasma a laser (APL). Este dispositivo revolucionário é capaz de acelerar partículas, como elétrons, a energias extremamente altas em um médio de plasma, utilizando pulsos intensos de laser. Com sua capacidade de ser mais compacto e poderoso em comparação com aceleradores tradicionais, o APL tem o potencial de transformar áreas como física de altas energias, medicina, ciência dos materiais e até mesmo a produção de energia.

O Funcionamento dos Aceleradores de Plasma a Laser

Os aceleradores de plasma a laser operam com base na força ponderomotiva de um pulso de laser intenso, que cria uma onda de plasma. Essa onda, por sua vez, acelera os elétrons presentes a altas energias. Uma das principais vantagens dessas tecnologias é a sua compactação, já que podem realizar em alguns centímetros o que os aceleradores tradicionais fazem em metros ou até quilômetros. Por exemplo, em um experimento recente no Centro BELLA no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, um feixe de elétrons de alta qualidade foi acelerado a 10 GeV em apenas 30 centímetros.

Principais Participantes no Desenvolvimento dos APLs

Vários centros de pesquisa e universidades estão na vanguarda do desenvolvimento dos APLs. Instituições renomadas como o Centro BELLA no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, o DESY na Alemanha e a Universidade de Hamburgo têm desempenhado papéis cruciais nesta área de pesquisa. Além deles, outras instituições como o SLAC National Accelerator Laboratory e a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) também estão explorando tecnologias avançadas de aceleradores.

Tecnologias e Metodologias Empregadas

A pesquisa em APLs emprega uma série de tecnologias avançadas, incluindo lasers de petawatts, sistemas de duplo laser e jatos de gás supersônicos para criar e controlar os canais de plasma. Modelos computacionais avançados e simulações, como o código INF&RNO, são utilizados para entender e otimizar as interações entre laser e plasma. Essas ferramentas são essenciais para maximizar a eficiência do acelerador e garantir a repetibilidade e estabilidade do feixe de partículas.

Impacto Econômico e Social dos APLs

Os APLs possuem um grande potencial para reduzir os custos relacionados aos aceleradores de partículas tradicionais, tornando a pesquisa em física de altas energias mais acessível e econômica. Além disso, a natureza compacta e eficiente desses aceleradores pode levar a avanços significativos em tratamentos médicos, como a terapia de câncer mais precisa, e descobertas na ciência dos materiais. No contexto ambiental, a diminuição do tamanho e do consumo de energia dos APLs em comparação com os tradicionais também promete um impacto ambiental reduzido.

Desafios e Oportunidades Futuras

Apesar dos avanços promissores, os APLs ainda enfrentam desafios técnicos. A manutenção de uma operação estável a longo prazo, a obtenção de alta qualidade do feixe e a escalabilidade da tecnologia são algumas das questões que precisam ser abordadas. No entanto, as oportunidades são vastas. Aplicações potenciais incluem a produção de fontes compactas e poderosas de raios X e gama, além de novos caminhos em física de altas energias, ciência dos materiais e produção de energia.

Reflexão do Time do Blog da Engenharia

1. Os APLs representam uma mudança de paradigma na engenharia, com implicações em várias disciplinas.
2. As oportunidades de custo-benefício e eficiência energética são particularmente intrigantes para o futuro da pesquisa em alta energia.
3. Observando o rápido progresso nesta área, estamos ansiosos para ver como estas tecnologias serão aplicadas em grande escala.

Via: https://interestingengineering.com/energy/water-fuels-us-laser-plasma-accelerator