Acelerando: Cavidades de radiofrequência

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Para acelerar as partículas, os aceleradores são equipados com câmaras metálicas contendo um campo eletromagnético conhecido como cavidades de radiofrequência (RF). As partículas carregadas injetadas nesse campo recebem um impulso elétrico que as acelera.

No Grande Colisor de Hádrons (LHC) , 16 cavidades de RF são alojadas em quatro refrigeradores cilíndricos chamados criomódulos, o que lhes permite trabalhar em um estado supercondutor.

Cada cavidade é acionada por um clístron de alta potência, um tubo contendo feixes de elétrons. Os feixes de elétrons são modulados em intensidade a uma frequência de 400 MHz, ou 400 milhões de oscilações por segundo. Um tubo retangular de metal condutor, chamado guia de ondas, direciona a energia para a cavidade. O formato da cavidade foi projetado especificamente para gerar ressonância e aumentar a intensidade das ondas eletromagnéticas. Cada cavidade pode atingir uma tensão máxima de 2 megavolts (MV), o que corresponde a 16 MV por feixe.

As cavidades de RF do LHC elevam a energia de 450 GeV das partículas (1 GeV = 1 bilhão de elétron-volts) a 6,5 TeV (1 TeV = 1 milhão de milhões de elétron-volts) – mais de 14 vezes a sua energia de injeção. A energia máxima é atingida em cerca de 20 minutos, com os feixes tendo passado pelas cavidades de RF mais de 10 milhões de vezes.

O campo em uma cavidade de RF é feito para oscilar (mudar de direção) a uma determinada frequência, portanto, o tempo de chegada das partículas é importante. No LHC, cada cavidade de RF é sintonizada para oscilar a 400 MHz. Quando o feixe atinge a energia necessária, um próton com o tempo ideal e a energia exata não será acelerado. Em contraste, prótons com energias ligeiramente diferentes que chegam mais cedo ou mais tarde serão acelerados ou desacelerados para que permaneçam próximos da energia desejada. Dessa forma, o feixe de partículas é separado em grupos de prótons chamados "feixes"

Além dessas cavidades de aceleração, o CERN está desenvolvendo cavidades "caranguejo" para o sucessor do LHC, o LHC de Alta Luminosidade . O objetivo dessas cavidades é fornecer um momento transversal para direcionar as partículas à medida que se aproximam do ponto de colisão.

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Fonte:  CERN /  CIÊNCIA

https://home.cern/science/engineering/accelerating-radiofrequency-cavities

Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia Climatologia). Participou do curso Astrofísica Geral no nível Georges Lemaître (EAD), concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Em outubro de 2014, ingressou no projeto S'Cool Ground Observation, que integra o Projeto CERES (Clouds and Earth’s Radiant Energy System) administrado pela NASA. Posteriormente, em setembro de 2016, passou a participar do The Globe Program / NASA Globe Cloud, um programa mundial de ciência e educação com foco no monitoramento do clima terrestre.

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