Artigo traduzido do CERN. Autora: Antonella Del Rosso.
A imagem que a maioria das pessoas tem do CERN são seus enormes aceleradores e sua capacidade de acelerar partículas a energias extremamente altas. Mas, graças a alguns estudos de ponta sobre a dinâmica do feixe e tecnologia de radiofrequência, juntamente com técnicas de construção inovadoras, as equipes do CERN acabam de criar o primeiro módulo de um novíssimo acelerador que terá apenas 2 metros de comprimento. As possibilidades de utilização deste acelerador em miniatura irá incluir a implantação em hospitais para produção de isótopos médicos e o tratamento do câncer. É uma verdadeira história de Davi e Golias.
O acelerador em miniatura consiste em radiofrequência quadrupolar (RFQ), um componente encontrado no início de todas as redes de aceleradores de prótons em todo o mundo, desde o menor até o maior. O LHC foi projetado para produzir feixes de altíssima intensidade em uma altíssima energia, mas seu irmãozinho se contenta em produzir feixes em baixas velocidades, contendo partículas que, após a viagem de dois metros, têm uma energia de 5 MeV. “Quando assumimos o desafio de criar o primeiro acelerador RFQ compacto de alta frequência, com o apoio do Instituto de Aplicações Médicas do CERN, sabíamos que a tecnologia estava ao nosso alcance depois de todos os anos que passamos desenvolvendo soluções inovadoras para o Linac4”, explica Maurizio Vretenar, chefe do projeto Linac4 e coordenador do projeto do pequeno acelerador.
Desde o início, o pequeno acelerador foi projetado para ser modular, compacto e mais barato do que seus irmãos mais velhos. “Nós realizamos viabilidade e estudos de dinâmica de feixe por vários meses”, acrescenta Alessandra Lombardi do departamento BE, que está no comando do projeto do RFQ. “O ponto de partida foi a ideia de aumentar a frequência de operação por um fator de 2 em comparação com as RFQs mais recentes, que nos permitissem reduzir as dimensões proporcionalmente. Mas tal frequência nunca tinha sido alcançada antes e levantou uma série de novos desafios. No início parecia impossível, mas, eventualmente, graças à nova dinâmica de feixe e ideias inovadoras para a radiofrequência e aspectos mecânicos, chegamos a um design de acelerador que se adaptava muito melhor às exigências práticas das aplicações médicas”.
Os RFQs utilizados para a física são projetados para produzir feixes de alta intensidade, mas este “mini-RFQ” é capaz de produzir feixes de baixa intensidade de apenas alguns microamps, que são feixes estáveis (sem perdas significativas) e são agrupados em uma frequência de 750 MHz. Estas especificações fazem do “mini-RFQ” um injetor perfeito para a nova geração de aceleradores lineares compactos de alta frequência utilizados para o tratamento do câncer com partículas (terapia hadron). Além disso, seu tamanho pequeno esconde seu notável poder: o “mini-RFQ” acelera feixes a uma energia de 2,5 MeV por metro, em comparação com menos de um MeV por metro de um RFQ clássico.
A construção do primeiro dos quatro módulos de 50 cm de comprimento que irão compor o acelerador final tem sido concluída com êxito nas oficinas do CERN e em alguns meses as equipes serão capazes de testar todos os módulos juntos. “Com este primeiro módulo, nós validamos todas as fases de construção e do conceito em geral”, explica Serge Mathot do departamento EN, que está no comando da construção do “mini-RFQ”. “No começo, várias etapas no processo de construção pareciam muito complicados, mas graças à experiência que adquirimos a partir da soldadura das cavidades para o Linac4 e às habilidades das equipes técnicas do CERN, nós fomos capazes de obter excelentes resultados, mesmo quando confrontados com um novo desafio tecnológico”.
As aplicações deste acelerador em miniatura de alta tecnologia vão muito além de seu uso como um injetor para a terapia hadron. Graças ao seu pequeno tamanho e peso leve, o “mini-RFQ” poderia tornar-se o elemento-chave de um sistema capaz de produzir isótopos radioativos em hospitais para uso em imagiologia médica. Isto pode evitar complicações relacionadas com o transporte de material radioativo e pode também aumentar a gama de isótopos produzidos para esse fim. Pequeno, mas poderoso e com muitos usos potenciais, o “mini-RFQ” também será capaz de acelerar partículas alfa para técnicas de radioterapia avançadas, que muitos consideram ser a nova fronteira no tratamento do câncer. E, para terminar, o seu pequeno tamanho significa que, em princípio, pode ser facilmente transportado, o que seria particularmente útil para a análise de materiais e objetos arqueológicos.
A montagem dos quatro módulos está prevista para o início do próximo ano.
