O que é um acelerador linear?
Um acelerador linear é um dispositivo que acelera a matéria a uma alta velocidade, movendo-a por um caminho linear com campos eletromagnéticos. O termo é mais comumente usado para se referir a um acelerador linear de partículas, ou linac, que acelera átomos ou partículas subatômicas. "Acelerador linear" também pode se referir a dispositivos que usam eletromagnetismo para impulsionar objetos maiores, como pistolas e canhões. Aceleradores lineares de partículas são comumente usados em medicina, indústria e experimentos científicos, e aceleradores eletromagnéticos para objetos maiores podem ter aplicações futuras para fins como viagens espaciais e armas.
Um acelerador linear de partículas dispara partículas carregadas magneticamente. Estes podem ser átomos carregados inteiros, chamados íons ou partículas subatômicas, como prótons e elétrons. Primeiro, a partícula a ser acelerada é gerada por um dispositivo eletromagnético, como um cátodo ou fonte de íons, e liberada em uma câmara de vácuo em forma de tubo revestida com eletrodos. Os eletrodos são então energizados para criar campos magnéticos oscilantes que transmitem energia à partícula e a aceleram pelo tubo em direção ao alvo do dispositivo. O arranjo preciso dos eletrodos dentro do tubo, a potência e a frequência da energia enviada para os eletrodos e o tamanho dos eletrodos variam de acordo com as partículas que estão sendo aceleradas e com a finalidade do dispositivo.
Um exemplo simples e muito comum é o tubo de raios catódicos, comumente usado em televisões, monitores e outras tecnologias de exibição. O tubo de raios catódicos impulsiona elétrons pelo tubo até atingir um alvo sólido na extremidade do tubo, feito de materiais luminescentes chamados fósforos, que geralmente são compostos de sulfeto de metal. Isso faz com que parte da energia dos elétrons seja liberada como uma emissão de energia eletromagnética nos comprimentos de onda que o olho humano detecta como luz visível. As máquinas de raios-X usadas na medicina e na pesquisa biológica seguem um princípio semelhante, disparando fluxos de elétrons em cobre, molibdênio ou tungstênio para produzir emissões de raios-X que podem ser usadas para geração de imagens ou, com dispositivos mais poderosos, radioterapia.
Os aceleradores lineares de partículas também são usados em pesquisas científicas. Pequenos dispositivos são freqüentemente usados para geração de imagens em pesquisas biológicas e arqueológicas. Os aceleradores lineares usados para pesquisas variam muito em tamanho e podem atingir dimensões verdadeiramente colossais devido aos níveis extremamente altos de energia necessários para produzir alguns dos fenômenos estudados na física moderna. O maior acelerador linear de partículas da Terra, localizado no Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) em Menlo Park, Califórnia, tem duas milhas de comprimento.
Eles também são usados em alguns processos industriais. Alguns chips de silício usados na eletrônica moderna são fabricados em um processo que incorpora aceleradores que impulsionam átomos carregados inteiros em vez de partículas subatômicas, permitindo a colocação muito precisa de átomos durante a produção. Os aceleradores também podem ser usados para implantar íons na superfície de materiais como aço, alterando a estrutura do material para torná-lo mais resistente a rachaduras na corrosão química.
O termo "acelerador linear" também é às vezes usado para dispositivos que impulsionam objetos maiores de maneira semelhante, usando o eletromagnetismo para acelerar um projétil por um caminho reto. Eles funcionam com eletricidade através de uma bobina de metal enrolada no cano do dispositivo, um design chamado de pistola, driver de massa ou pistola Gauss, ou através de um par de trilhos de metal posicionados paralelos um ao outro, chamados de ferrovia. Um objeto feito de um material ferromagnético, como o ferro, pode ser acelerado no barril do dispositivo com os campos magnéticos produzidos por correntes elétricas no tempo adequado. As espingardas foram propostas como uma maneira possível de lançar cargas da superfície da Terra para o espaço sideral, e as espingardas e ferroviárias estão sendo pesquisadas como possíveis armas.