Os aceleradores de partículas são os motores da pesquisa em física de partículas no Fermilab. Eles geram quase a velocidade da luz, partículas subatômicas que os cientistas estudam para descobrir o que faz o nosso universo funcionar. Os experimentos do Fermilab contam com vários aceleradores diferentes, incluindo um poderoso, Acelerador linear de 150 metros de comprimento que inicia o processo de envio de feixes de partículas para vários destinos.

Mas se você não está fazendo pesquisas de física, para que serve um acelerador?

Acontece que, bastante:feixes de elétrons gerados por aceleradores lineares têm todos os tipos de usos práticos, como fazer os fios usados ​​em carros resistentes ao derretimento ou purificar água.

Um projeto chamado Accelerator Application Development and Demonstration (A2D2) no Illinois Accelerator Research Center do Fermilab ajudará o Fermilab e seus parceiros a explorar novas aplicações para aceleradores lineares compactos, que têm apenas alguns metros de comprimento, em vez de algumas centenas. Esses aceleradores compactos são de interesse especial por causa de seu tamanho pequeno - eles são mais baratos e práticos de construir em um ambiente industrial do que os aceleradores de física de partículas - e podem ser mais poderosos do que nunca.

"A2D2 tem dois aspectos:um é investigar novas aplicações de como os feixes de elétrons podem ser usados ​​para mudar, modificar ou processar materiais diferentes, "disse Tom Kroc do Fermilab, um físico A2D2. “A segunda é contribuir um pouco mais para a compreensão de como esses processos acontecem.”

Para desenvolver esses aspectos de aplicativos aceleradores, A2D2 vai empregar um acelerador linear compacto que já foi usado em um hospital para tratar tumores com feixes de elétrons. Com algumas atualizações para aumentar seu poder, o acelerador A2D2 estará pronto para embarcar em um novo empreendimento:explorar e comparar outros usos possíveis de feixes de elétrons, que ajudará a especificar o design de um novo, classe industrial, máquina de alta potência em desenvolvimento pela IARC e seus parceiros.

Não serão apenas os cientistas do Fermilab usando o acelerador A2D2:como parte do IARC, o acelerador estará disponível para uso (normalmente por meio de um acordo formal CRADA ou SPP) por qualquer pessoa que tenha uma ideia nova para aplicações de feixe de elétrons. O objetivo da IARC é fazer parceria com a indústria para explorar maneiras de traduzir pesquisas e ferramentas básicas, incluindo pesquisa de acelerador, em aplicações comerciais.

"Já tenho muitas pessoas da indústria me perguntando, 'Quando posso usar A2D2?' "Disse Charlie Cooper, gerente geral da IARC. "A2D2 nos permitirá contribuir diretamente para aplicações industriais - é algo concreto que a IARC agora oferece."

Falando em concreto, uma das primeiras aplicações em mente para aceleradores lineares compactos é a criação de pavimentos duráveis ​​para estradas que não racham com o frio ou se espalham com o calor. Isso poderia ser alcançado substituindo-se o asfalto tradicional por um material que poderia ser reforçado com um acelerador. A força extra viria da reticulação, um processo que cria ligações entre camadas de material, quase como aplicar cola entre folhas de papel. Uma única folha de papel rasga facilmente, mas quando duas ou mais camadas são ligadas por cola, o papel fica mais forte.

"Usando aceleradores, você poderia ter um pavimento que dure mais, é mais resistente e tem uma faixa de temperatura maior, "disse Bob Kephart, diretor do IARC. Kephart detém duas patentes para o processo de cura de cimento por reticulação. "Basicamente, você colocaria a estrada como você faz agora, e você passaria um acelerador sobre ele, e de repente você o transformaria em algo realmente difícil - como o forro da cama na traseira de sua caminhonete. "

Este processo já chamou a atenção do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA, que será um dos primeiros parceiros do A2D2. Outro parceiro será o Chicago Metropolitan Water Reclamation District, que testará a utilidade de aceleradores compactos para purificação de água. Muitos outros clientes em potencial estão fazendo fila para usar a plataforma de tecnologia A2D2.

"Você pode basicamente conduzir reações químicas com feixes de elétrons - e em muitos casos, eles podem ser mais eficientes do que a tecnologia convencional, então, há uma variedade de aplicativos, "Kephart disse." Normalmente, o que você tem que fazer é fazer um lote de alguma coisa e aquecê-lo para que uma reação ocorra. Um feixe de elétrons pode fazer uma reação acontecer quebrando uma ligação com um único elétron. "

Em outras palavras, em vez de ter que cozinhar um material por muito tempo para atingir um calor específico que induziria uma reação química, você poderia dispará-lo com um feixe de elétrons para obter o mesmo efeito em uma fração do tempo.

Além de explorar as novas aplicações de feixe de elétrons com o acelerador A2D2, cientistas e engenheiros da IARC estão usando tecnologia de aceleração de ponta para projetar e construir um novo tipo de portátil, acelerador compacto, um que levará os aplicativos descobertos com A2D2 do laboratório e para o campo. O acelerador A2D2 já é pequeno em comparação com a maioria dos aceleradores, mas os últimos P&D permitem que os especialistas da IARC diminuam o tamanho e aumentem ainda mais a potência do acelerador proposto.

"O novo, o acelerador compacto que estamos desenvolvendo será de alta potência e alta energia para a indústria, "Cooper disse." Isso permitirá algumas coisas que não eram possíveis no passado. Para algo como limpeza ambiental, você pode levar o acelerador diretamente para o site. "

Enquanto a equipe da IARC desenvolve este acelerador portátil, que deve caber em um trailer padrão, o acelerador A2D2 continuará a ser um lugar para experimentar como usar feixes de elétrons - e estudar o que acontece quando você faz isso.

"O objetivo desta instalação é mais desenvolvimento do que pesquisa, no entanto, haverá alguma pesquisa em amostras irradiadas, "disse Mike Geelhoed do Fermilab, um dos líderes do projeto A2D2. "Estamos todos empolgados - pelo menos eu estou. Nós e nossos parceiros já antecipamos esta máquina há algum tempo. Todos nós queremos ver como ela pode funcionar bem."