Betatron

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Ir para: navegação, pesquisa
Figura 1: Betatron de 6 MeV, 1942.

O betatron é um tipo de acelerador de partículas. Mais especificamente, é um acelerador de elétrons cíclico. Foi desenvolvido por Donald Kerst na Universidade de Illinois em 1940. [1][2]

O betatron é essencialmente um transformador elétrico, que possui como enrolamento secundário, uma câmara de vácuo de formato toroidal. É nesta câmara que os elétrons são injetados e acelerados. Ele recebeu este nome pelo fato das partículas beta serem elétrons de alta energia.

Princípio de funcionamento[editar | editar código-fonte]

Figura 2: Esquema em perfil do Betatron.

A figura 2 apresenta um esquema em perfil do betatron, em que é possível ver o enrolamento primário, o núcleo de ferro e a câmara de vácuo.

Uma corrente alternada fluindo no enrolamento primário provoca o surgimento de um campo magnético variável sobre a câmara. Este campo magnético variável induz um campo elétrico (lei de Faraday) tangencial à câmara, gerando uma força que acelera os elétrons numa trajetória circular.

Para garantir que trajetória seja estável, é necessário garantir que:

onde:

é o fluxo magnético na área que compreende a trajetória dos elétrons,
é o raio da órbita do elétron,
é o campo magnético na posição .

O campo corresponde à metade do campo magnético médio sobre toda a área da órbita, ou seja:

Figura 3: Antigo betatron da Universidade de São Paulo

Esta condição é conhecida por condição betatron e para obtê-la o núcleo de ferro deve ter uma forma semelhante ao apresentado na figura 2. Além disso, a forma do núcleo gera um campo magnético não uniforme na região da câmara, isso é necessário para garantir simultaneamente a focalização radial e vertical dos elétrons.[3]

No Brasil o primeiro betatron foi montado pelo Prof. Marcelo Damy e instalado no Departamento de Física da Faculdade de Filosofia Ciências e Letras da Universidade de São Paulo (atualmente Instituto de Física da USP) em 1949.[4] Hoje, este betatron encontra-se em exposição na Estação Ciência, figura 3.

Referências

  1. Kerst, D. W. (1940). «Acceleration of Electrons by Magnetic Induction». Physical Review. 58 (9). 841 páginas 
  2. Kerst, D. W. (1941). «The Acceleration of Electrons by Magnetic Induction». Physical Review. 60. 47 páginas 
  3. Humphries, Stanley Jr. (1999). Principles of Charged Particle Acceleration. [S.l.]: John Wiley and Sons 
  4. Jornal Folha da Manhã. São Paulo, 26 de Janeiro de 1949, 1o caderno, pag.3.