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Novo tipo de acelerador de partículas de plasma em miniatura pode permitir novos avanços na área da Saúde

Fonte

Universidade de Strathclyde

Data

sábado. 29 maio 2021 10:55

Um novo acelerador de partículas baseado em plasma foi desenvolvido usando uma versão miniaturizada de um conceito que até agora só era possível em um pequeno número de grandes instalações em todo o mundo.

Uma colaboração internacional, envolvendo a Universidade de Strathclyde, no Reino Unido, combinou dois tipos de aceleradores de plasma para alcançar um ganho rápido de energia de elétrons em apenas alguns milímetros.

O acelerador pode oferecer uma fonte compacta de feixes de elétrons de alta qualidade para aplicações como geração de raios-x, ciência de materiais e pesquisa biomédica.

A pesquisa baseia-se em um conceito previamente proposto pelo Dr. Bernhard Hidding, professor e pesquisador da Universidade de Strathclyde. O estudo foi publicado na revista científica Nature Communications.

Os aceleradores de partículas estão por trás de algumas das descobertas científicas mais espetaculares e são a razão pela qual se sabe que a matéria consiste em átomos e que, por sua vez, os átomos consistem em elétrons e íons carregados positivamente.

Esses elétrons e íons não são apenas os principais elementos de construção da matéria, mas também podem ser usados ​​para criar poderosos aceleradores de partículas. Pela separação transitória de elétrons carregados negativamente e íons carregados positivamente, as oscilações das ondas de plasma podem ser excitadas. Em dispositivos conhecidos como aceleradores de wakefield a laser (LWFA), a onda de plasma é impulsionada por um pulso de laser intenso.

Os elétrons podem ser injetados nessas ondas de plasma e, em seguida, “surfar” nas ondas de plasma até que fiquem fora de fase com a onda. Este cenário limita a qualidade e o ganho rápido de energia dos elétrons injetados. Usando um feixe de elétrons intenso como condutor de uma onda de plasma, uma abordagem conhecida como PWFA, por outro lado, gera uma onda de plasma na qual os elétrons injetados podem surfar sem ficar fora de fase.

O conceito sugerido há 10 anos pelo Professor Hidding e outros colegas propôs usar o intenso feixe de elétrons produzido por LWFA e, em seguida, usar esse feixe de elétrons para conduzir um estágio PWFA anexado separadamente. Este conceito de ‘acelerador wakefield de plasma-laser híbrido’ foi, nos últimos anos, desenvolvido por uma colaboração europeia com pesquisadores de Strathclyde e instituições parceiras na Alemanha e França.

Em dois experimentos complementares em instituições parceiras, a colaboração demonstrou a flexibilidade e o potencial da abordagem. Os experimentos mostram que o feixe de elétrons gerado em estágios LWFA especialmente projetados pode ser alimentado em um estágio PWFA acoplado, onde impulsiona uma onda de plasma forte. Um feixe de elétrons injetado com plasma pode ser pós-acelerado e, portanto, recebe um impulso de energia.

“Um dos aspectos mais intrigantes é a sincronização automática de feixes de laser e elétrons. Isso pode, nas próximas etapas, permitir a realização de fotocatodos de plasma compactos para a produção de feixes de elétrons ultra brilhantes”, destacou o professor Bernhard Hidding. Esses feixes de elétrons ultra brilhantes teriam potencial transformador – por exemplo, para acionar lasers de elétrons livres de raios-x rígidos ultracompactos, mas de alto desempenho.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Strathclyde (em inglês).

Fonte: Universidade de Strathclyde.

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