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Acelerador Linear

 

O acelerador linear também chamado LINAC (linear acelerador) é um tipo de acelerador que proporciona a partícula sub-atômica carregada pequenos incrementos de energia quando passa através de uma seqüência de campos elétricos alternados.

Acelerador Linear
Acelerador Linear de Partículas (LINAC)

Enquanto que o gerador de Van der Graaff proporciona energia a partícula em uma só etapa, o acelerador linear e o ciclotron proporcionam energia a partícula em pequenas quantidades que se vão somando.

O acelerador linear, foi proposto em 1924 pelo físico sueco Gustaf Ising. O engenheiro norueguês Rolf Wideröe construiu a primeira máquina desta classe, que acelerava íons de potássio até uma energia de 50.000 eV.

Durante a Segunda Guerra Mundial foram construídos potentes osciladores de radio freqüência, necessários para os radares da época. Depois foram usados para criar aceleradores lineares para prótons que trabalhavam a uma freqüência de 200 MHz, enquanto que os aceleradores de elétrons trabalhavam a uma freqüência de 3000 MHz.

O acelerador linear de prótons desenhado pelo físico Luis Alvarez em 1946, tinha 875 m de comprimento e acelerava prótons até alcançar uma energia de 800 MeV (800 milhões). O acelerador linear da universidade de Stanford é o maior entre os aceleradores de elétrons, mede 3.2 km de comprimento e proporciona uma energia de 50 GeV (50 bilhões).

Na industria e na medicina são usados pequenos aceleradores lineares, bem seja de prótons ou de elétrons.

Fundamentos físicos

Um acelerador linear é constituído por um tubo muito longo dividido em porções de comprimento variável.

Acelerador Linear

As secções alternadas do tubo são conectadas entre se e se aplica uma diferença de potencial oscilante, entre os dois conjuntos. Na figura, o potencial das porções de tubo de cor vermelha é positiva e o das de cor azul é negativa.

Vamos demonstrar que para que o íon esteja em fase com o potencial oscilante, quando passa de uma porção do tubo a seguinte, os comprimentos das sucessivas porções Ln devem cumprir a seguinte proporção

Acelerador Linear

onde L1 é o comprimento da primeira.

Primeira etapa

Acelerador Linear

Suponhamos que a diferença de potencial existente entre a fonte (tubo 0) e o primeiro tubo é 2V0

A velocidade dos íons de carga q e massa m ao entrar no primeiro tubo é

Acelerador Linear

O tempo que gasta para percorrer o tubo de comprimento L1 é t1=L1/v1

Acelerador Linear

Segunda etapa

Acelerador Linear

Ao sair do primeiro tubo e entrar no segundo, o potencial muda de polaridade. De novo, a partícula se acelera recebendo uma energia adicional de 2qV0. A velocidade da partícula no segundo tubo será

Acelerador Linear

O tempo que gasta para percorrer o tubo de comprimento L2 é t2=L2/v2

Acelerador Linear

para que t1 seja igual a t2, o comprimento L2 do segundo tubo tem que ser

Acelerador Linear

Terceira etapa

Acelerador Linear

Ao sair do segundo tubo e entrar no terceiro, o potencial muda de polaridade

De novo, a partícula se acelera recebendo uma energia adicional de 2qV0. A velocidade da partícula no terceiro tubo será

Acelerador Linear

O tempo que gasta para percorrer o tubo de comprimento L3 é t3=L3/v3

Acelerador Linear

para que t1 seja igual a t3, o comprimento L3 do terceiro tubo tem que ser

Acelerador Linear

n-etapa

Em geral, quando a partícula passa do tubo n-1 ao tubo n, sua energia é

Ef=n·2qV0

O comprimento do tubo n será

Acelerador Linear

O acelerador linear consta de n tubos alinhados cujos comprimentos são proporcionais a raiz quadrada do número de tubo.

Fonte: www.fisica.ufs.br

Acelerador Linear

Um acelerador linear consiste num tipo de acelerador de partículas no qual as partículas com carga são aceleradas em linha reta, por um campo elétrico constante, ou por meio de campos elétricos com frequências de rádio.

Os aceleradores lineares funcionam segundo um princípio mais simples que o dos circulares: as partículas percorrem uma série de tubos (cavidades) dispostos uns a seguir aos outros e unidos, alternadamente, ao polo positivo ou negativo de uma fonte de alta tensão e alta frequência. Esta fonte gera, em cada espaço existente entre dois tubos consecutivos, um campo elétrico. Com um ajustamento adequado da frequência da tensão, estes campos têm sempre a polaridade adequada de modo que quando uma partícula os atravessa, esta é acelerada. Por este motivo, a energia final das partículas depende do número de tubos que deve atravessar, isto é, de quantos espaços de aceleração existem.

O acelerador de partículas mais simples consiste num par de elétrodos metálicos situados dentro de um tubo de vácuo e submetidos a uma diferença de potencial elevada. A energia cinética das partículas aumenta no seu deslocamento através do campo potencial e o seu valor exprime-se em eletrão-volt.

A procura permanente de energias cada vez maiores, faz com que os aceleradores lineares cheguem a alcançar comprimentos consideráveis, o que torna a sua construção extremamente cara e explica a razão pela qual só existe um acelerador linear verdadeiramente gigantesco: o "SLAC" (Stanford Linear Accelerator), da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos da América e que foi posto a funcionar em 1961.

O seu custo foi de 115 milhões de dólares, pode acelerar eletrões até 22 GeV (Giga eletrões-volt) e possui um comprimento de 3,2 quilómetros.

Os aceleradores lineares são compridos e caros. As partículas que se querem acelerar passam pela máquina uma só vez, o que representa um grande número de espaços de aceleração, assim como os geradores de alta frequência têm que estar ajustados com a máxima precisão.

As televisões utilizam o mesmo princípio que os aceleradores lineares mas numa escala mais reduzida.

Fonte: www.infopedia.pt

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