Betatron

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