#144 USP PI9201269 ACELERADOR DE PARTÍCULAS MOVIDO À LASER

PI9201269 ACELERADOR DE PARTÍCULAS MOVIDO À LASER

Depósito: 09/04/1992

Destaque: O projeto do Super Collider que estava sendo construído no Texas no início dos anos noventa, orçado em US$ 9 bilhões, foi cancelado, em parte, pelos resultados desta invenção

Inventor:  Maurício Porto Pato / Mahir Saleh Hussein

Titular:  Universidade de São Paulo - USP (BR/SP)

A invenção é uma máquina projetada para acelerar partículas eletricamente carregadas, principalmente elétrons. O princípio utilizado é a amplificação da aceleração pelo campo eletromagnético de um laser, associada a um campo elétrico constante transversal gerado por capacitores. A ideia é superar as limitações dos aceleradores convencionais, que exigem grandes dimensões e alto custo devido à dependência do gradiente de campo elétrico. O sistema funciona mantendo a energia transmitida às partículas sempre positiva, garantindo que elas absorvam continuamente energia da radiação laser. A máquina é composta por: i) Um laser de alta intensidade (para gerar a radiação); ii) Um tubo acelerador com capacitores dispostos ao longo do seu comprimento e iii) Um pré-acelerador, que injeta os elétrons no tubo com uma velocidade inicial próxima à da luz e em um ângulo específico. A proposta permite que o comprimento do tubo acelerador seja muito menor do que os aceleradores convencionais. O campo elétrico aplicado poderia também ser substituído por um campo magnético variável, facilitando o controle.

O núcleo do átomo, apesar de quase inacessível, passou a ser estudado por meio do bombardeamento com partículas de alta energia, como elétrons, prótons e dêuterons. Esses projéteis são acelerados por tensões elétricas elevadas, como as do gerador de Van de Graaff, ou por impulsos múltiplos que aumentam gradativamente sua velocidade até valores próximos à velocidade da luz. Aceleradores lineares e eletrostáticos utilizam trajetórias retas, enquanto os circulares, como o cíclotron criado por Lawrence em 1920, empregam campos magnéticos para guiar as partículas em espiral. Nos anos 1990, o projeto Super Collider, no Texas, foi cancelado em parte devido a propostas de pesquisadores do IFUSP, Mahir Hussein e Mauricio Pato, que sugeriram alternativas mais econômicas baseadas em conceitos de Einstein. Nesse contexto, surgiu a patente PI 9201269, relativa a um acelerador que combina a radiação de laser com campos elétricos transversais, criados por capacitores, para aumentar a aceleração das partículas em tubos menores que os convencionais. O diferencial está no campo variável acoplado ao laser, reduzindo dimensões e custos. A partir da década de 1980, cresceu o interesse em usar lasers de alta intensidade para superar limitações de aceleradores baseados em gradientes elétricos, muito caros e extensos. O princípio explorado é o bremsstrahlung inverso, onde a radiação transfere energia à carga, mas que isoladamente gera ganhos limitados, pois o campo elétrico alterna sinais. A invenção resolve isso aplicando um campo externo constante, que sincroniza as mudanças de direção da velocidade da partícula com a oscilação do campo do laser, mantendo o produto v.E sempre positivo. Assim, a energia transferida cresce continuamente. No processo, elétrons injetados na direção do feixe laser, com componente transversal, descrevem trajetórias semelhantes a projéteis sob gravidade. O ajuste do campo garante que, a cada inversão de movimento transversal, coincida a mudança de sinal do campo da onda, permitindo ganho sucessivo de energia. Repetindo esse ciclo, o elétron absorve energia máxima de forma constante e rápida, atingindo níveis elevados em pouco tempo.

Mahir Saleh Hussein, nasceu em Bagdá, Iraque, filho de Saleh Hussein e Sabeeha Al-Nima, no bairro sagrado Al-Kadhum. Fez o bacharelado em Física na Faculdade de Ciências - Universidade de Bagdá e trabalhou como instrutor de laboratório de física em 1965-1966 na mesma faculdade. Em setembro de 1966 começou o curso de pós-graduação em física no Instituto de Tecnologia de Massachussetts em Cambridge - EUA. Obtive o Ph.D. em Física em setembro de 1971. O primeiro contato dele com o Brasil se deve ao Prof. Dr. A.F.R. de Toledo Piza que na época estava no MIT como pós-doc. Começou a carreira dele no Instituto de Física da USP em outubro de 1971. Em 1977 obteve o título de livre-docente e em 1987 ocupou o cargo de professor titular. Neste mesmo ano ele foi premiado pelo "J.S. Guggenheim Fellowship". Foi Chefe do Departamento de Física Nuclear do Instituto de Física - USP durante o período de outubro de 1995 a outubro de 1999 (dois mandatos consecutivos). Mahir Saleh faleceu em 2019.

Resumo: PI9201269 A presente invenção se refere a uma máquina que acelera partículas eletricamente carregadas, que utiliza como princípio a ampliação da aceleração fornecida pelo campo eletromagnético do laser. O acelerador é constituído de um laser (1) capaz de produzir uma radiação de intensidade P (muito alta) que corresponde a uma amplitude de campo E~ yo~ e comprimento de onda I, em seguida, tem-se o tubo (2) de acelerador de comprimento total L e, ao longo do qual estão colocados um número pré-determinado de capacitores (3), com os comprimentos variando de acordo com o aumento de energia que criam um campo de intensidade E~ ap~ e um pré-acelerador (4), capaz de fornecer um feixe de elétron com velocidade V~ O~, que injeta os elétrons formando um ângulo a com o eixo do tubo (2).

Referências:

https://link.springer.com/article/10.1007/s13538-020-00841-z