Síncrotron

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Em física nuclear, síncrontron (português brasileiro) ou sincrotrão (português europeu) é um acelerador de partículas cíclico, no qual um campo elétrico é responsável pela aceleração das partículas, e um campo magnético é responsável pela mudança de direção das partículas.

Vantagens

O cíclotron convencional não funciona bem no caso de protões com uma energia maior que 50 MeV, porque a hipótese fundamental do projeto, a de que a frequência de rotação de uma partícula carregada que circula na presença de um campo magnético não depende da velocidade, é válida apenas para velocidades muito menores que a velocidade da luz.

Para velocidades acima de 10% da velocidade da luz, devem ser usadas as equações da Teoria da Relatividade. De acordo com essa teoria, quanto maior a velocidade da partícula, maior a massa e menor a frequência de rotação. Assim, as partículas atrasam-se em relação à frequência do oscilador, que tem um valor fixo , e a energia da partícula passa a aumentar cada vez menos, a cada rotação, tendendo para um valor constante.

Existe também um outro problema: para um protão de 500 GeV num campo magnético de 1,5 T, o raio da trajetória é 1,1 Km. No caso de um ciclotrão convencional, o campo magnético teria que ser aplicado em toda a região limitada pela trajetória, o que exigiria um íman de tamanho impraticável, com peças polares na ordem de 4 x 106 m2.

O sincrotrão foi criado para solucionar esses dois problemas. Em vez de possuírem valores fixos, como no ciclotrão convencional, o campo magnético e a frequência do oscilador variam com o tempo enquanto as partículas estão em aceleração.

Quando isso é realizado de forma correta:

  1. A frequência de rotação das partículas permanece em equilíbrio com a frequência do oscilador;
  2. As partículas descrevem uma trajetória circular em vez de espiral. Assim, o campo magnético precisa cobrir uma área bem menor, correspondente a essa trajetória.

Mesmo assim, no caso de partículas de alta energia, o raio da trajetória não pode deixar de ser grande.

O sincrotrão do Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), em Illinois, tem uma circunferência de 6,3 Km e pode produzir protões com uma energia na ordem de 1 TeV (=1012 eV). [1]

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