Durante décadas, físicos e pesquisadores de todo o mundo se reuniram na Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia dos EUA para desvendar os mistérios subatômicos de como o universo funciona.
Aqui, a Instalação de Acelerador de Feixe de Elétrons Contínuos (CEBAF) de classe mundial é uma maravilha da ciência e tecnologia, uma instalação de usuário do DOE e uma "pista de corrida" subterrânea que explode feixes de elétrons quase à velocidade da luz em alvos cuidadosamente escolhidos em até quatro salas experimentais simultaneamente. Esses feixes de elétrons permitem que os cientistas estudem a cascata de partículas fugazes produzidas nas colisões elétron-alvo para suas pesquisas.

O tempo de transmissão é precioso, então os experimentos são cuidadosamente examinados e reservados com anos de antecedência.

Mas o que acontece quando essa maravilha tão procurada quebra?

A questão não é acadêmica. Em abril, os sensores mostraram que um selo a vácuo falhou em uma área crítica do injetor – o helicóptero – onde os elétrons são classificados por grandes cavidades de cobre e direcionados para experimentos, que são executados em áreas distintas no final do acelerador. Mas sem essa vedação a vácuo, o ar externo que respiramos entrará nessas cavidades, contaminando o sistema e prejudicando efetivamente as operações do acelerador.

Assim, uma equipe ad hoc de especialistas das divisões de acelerador e engenharia se reuniu para diagnosticar a situação e descobrir como corrigi-la. Velozes. Felizmente, a máquina estava chegando ao fim de uma parada programada de três meses para manutenção, então os experimentos não foram afetados imediatamente.

"Foi um momento de sorte", disse Joe Grames, chefe do Centro de Injetores e Fontes do laboratório, que constrói e mantém todas as fontes de feixe de partículas de alto desempenho do laboratório para injetores e aceleradores.

A equipe tinha cerca de um mês no desligamento para deixar o helicóptero CEBAF pronto para funcionar antes que os usuários precisassem de feixes de elétrons novamente.

'Todas as mãos no convés'

"Foi preciso um processo para encontrar o problema", disse Mark Wissmann, engenheiro elétrico da equipe de radiofrequência (RF) e membro da equipe principal.

"Foi preciso investigar, não muito diferente de um quebra-cabeça. Foi desafiador e recompensador ao mesmo tempo", disse Grames. "Pessoas com muito conhecimento e experiência em vácuo estavam contribuindo para esta solução geral, colocando seus olhos em todos os seus sistemas. Era uma espécie de mão na massa para a área de injetores."

O acelerador CEBAF de quase 1,6 km de comprimento está inteiramente sob vácuo, literalmente a menos de um bilionésimo da pressão do ar que respiramos, apesar de milhares de juntas e peças soldadas. Se uma peça falhar ou quebrar, pode causar um pequeno vazamento que pode ser rastreado e depois substituído ou rapidamente reparado internamente. Esse novo vazamento não era um dos suspeitos de sempre. Assim, os membros da equipe expandiram seu alcance do habitual.

Demorou mais ou menos um dia para rastrear o problema até o "chopper" do feixe - um componente de um sistema único que foi projetado e construído sob medida cerca de 40 anos antes.

"Literalmente, o que fizemos é que tínhamos uma bomba turbo conectada ao sistema de vácuo e pegamos um pedaço de mangueira de um quarto de polegada, e você podia ouvir 'Sssss'", disse Kevin Jordan, engenheiro da equipe e líder do Diagnostics Grupo de desenvolvimento no Centro de Estudos Avançados de Aceleradores do laboratório. "Era bastante óbvio onde estava o problema."

E também era bastante óbvio o que estava em jogo:sem um helicóptero de feixe, o CEBAF não pode operar suas quatro salas experimentais.

“Esse sistema em particular, além de ser fundamental para ter vários usuários, é único porque operamos apenas um deles no CEBAF”, disse Grames. "É como um switchyard de feixes no espaço e no tempo. Com um helicóptero, podemos fornecer feixes para quatro usuários ao mesmo tempo, e isso é um grande negócio para nossa comunidade de usuários e uma métrica importante para as operações."

O componente quebrado era um acoplador chopper, um cilindro de cobre de aproximadamente quatro polegadas com várias peças internas. Para repará-lo, a equipe procurou Jake Haimson, o estimado físico de aceleradores que ajudou a projetar e construir o helicóptero CEBAF quatro décadas antes.

"Fiquei surpreso com a rapidez com que ele se lembrou de tantos detalhes técnicos sobre essa parte", disse Jordan.

"Ele estava ansioso e animado para nos ajudar", disse Grames. "Ele está muito interessado em ajudar as aceleradoras a fazer seus negócios."

Haimson tem hoje 95 anos, é presidente da Haimson Research Corporation com sede em Santa Clara, Califórnia, e ainda está ativo projetando e mantendo aceleradores em muitos países.

Quando uma avaria em uma dessas instalações é grave o suficiente para que não possa ser tratada internamente, ele é chamado. É um trabalho crítico que o mantém correndo pelo mundo.

"Você está tão ocupado que não tem tempo para recuar e realmente se sentir bem com isso, porque você é atingido novamente por outro contrato e precisa ir imediatamente para outro regime", disse Haimson. "É como ter um monte de filhos que você manda - eles amadurecem depois de um tempo. Então, é claro, sentimos uma obrigação, e se alguém está com problemas, é claro que você responde imediatamente."

Reparos raros na torneira

Cerca de 20 anos atrás, Haimson e sua equipe foram chamados para outro problema sério com o helicóptero e trabalharam dia e noite para devolver o reparo ao Jefferson Lab em menos de quatro dias.

Desta vez, o problema era uma parte muito pequena entre cerca de 200 partes dentro da grande cavidade do chopper:O acoplador de potência de RF do chopper.

"O isolador estava rachado", disse Haimson. "Uma vez que rachou, perdeu o vácuo."

O Jefferson Lab enviou o acoplador do helicóptero para Haimson, que o consertou e o devolveu em cerca de duas semanas.

"Tivemos muita sorte, porque tínhamos todos os acessórios antigos, os gabaritos e as peças sobressalentes", disse Haimson. "Mais importante, tínhamos em estoque uma grande quantidade de ligas de ouro e prata que são necessárias durante a brasagem."

Ao mesmo tempo, os especialistas do Jefferson Lab buscaram fervorosamente uma abordagem interna paralela:projetar e fabricar um acoplador de substituição baseado no projeto de Haimson, porém mais robusto.

"Eu olhei para o componente e disse:'Vamos fazer um'", disse Jordan. "Tudo o que temos a fazer é copiar isso. É um bloco de cobre, temos que fazer alguns furos nele, temos que soldar algumas coisas, temos que soldar algumas coisas, temos que fazer isso e aquilo."

Então Joe Gubeli, engenheiro do Jefferson Lab, ajudou a criar um modelo 3-D da nova peça. A equipe pediu a Haimson para revisar o projeto e o enviou para a oficina mecânica do laboratório. Quando os técnicos produziram o acoplador, Wissmann e sua equipe fizeram medições de RF para confirmar que era uma cópia atualizada confiável do original e, em seguida, instalaram-no no início de maio. Funcionou perfeitamente!

"Quando vi no diário de operações uma entrada que dizia que o helicóptero está funcionando como antes, foi uma combinação de alívio e euforia", disse Wissmann.

Enquanto isso, o Jefferson Lab está mantendo o componente reparado de Haimson como reserva.

"É nosso primeiro sobressalente, e estamos fazendo mais", disse Grames. "É um método de aprendizagem."

A experiência interna se tornará mais importante para o CEBAF e outros aceleradores lineares agora que Haimson está no processo de dissolução de sua empresa após mais de meio século.

"Um dos principais fatores de nosso sucesso foi que, quando desenvolvemos máquinas especiais, também nos demos muito trabalho para treinar o pessoal e garantir que eles sejam autossuficientes", disse Haimson. "A parte caseira parecia funcionar muito bem. E isso é bom, porque isso significa que eles realmente entenderam essas coisas, estão seguindo e podem lidar com isso imediatamente."

Cerca de 20 físicos, engenheiros e técnicos do Jefferson Lab - com um grupo central de meia dúzia - ajudaram a colocar o helicóptero CEBAF em funcionamento a tempo, para que a equipe maior de operações do CEBAF pudesse continuar re-comissionando o resto do a máquina e execute o feixe para os experimentos novamente dentro do cronograma.

"É como degraus de uma escada", disse Grames. "Cada degrau é importante. As pessoas têm conhecimentos e precisamos colocá-los todos juntos para chegar onde precisamos estar." + Explorar mais

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