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