BETATRON
Publicado na Folha da Manhã - domingo, 24 de fevereiro de 1952
Neste texto foi mantida a grafia original
N. da R. - Desde há muito tempo, era sentida a falta de uma fonte concisa de informação popular a respeito do betatron - inventado na Universidade de Illinois, em 1940, e onde se encontra, atualmente, em uso a maior dessas maquinas. A fim de atender a esta necessidade, o seguinte artigo foi preparado pelo Serviço de Informação da Universidade

Há muitos anos, os cientistas desejavam construir uma maquina que pudesse produzir eletrons de alta energia por meio de um campo magnetico. Queriam esses eletrons - com energia de milhões de volts - para uso direto e para criar tambem raios X de alta energia, que teriam muitas aplicações.
Este objetivo foi alcançado a 15 de julho de 1940, na Universidade de Illinois, pelo prof. Donald W. Kerst. Sua primeira maquina produziu raios X de 2 e meio milhões de volts. O nome "betatron" vem do simbolo grego "beta", usado cientificamente para indicar eletrons de alta energia, e do sufixo "tron", que significa "instrumento para". O betatron é "um instrumento para produzir eletrons de alta energia".
Em 1941, o prof. Kerst completou seu segundo betatron. É o prototipo dos betatrons comerciais de 24 milhões de volts atualmente usados para radiografias industriais, para o tratamento do cancer, e pesquisas cientificas. Pode produzir raios X ou uma faixa livre de eletrons. O controle exato da energia é um aspecto importante deste tipo de maquina.
Um betatron de 340 milhões de volts para pesquisas cientificas, desenhado e construido sob a orientação do prof. Kerst, começou a funcionar a 15 de fevereiro de 1950, na Universidade. Esta maquina inclui aperfeiçoamentos tão grandes que, se o betatron primitivo de 1940 pudesse ser construido da mesma maneira, seus raios de dois milhões e meio de volts sairiam de um instrumento do tamanho de uma caixa de fosforo!
A construção de um modelo de 80 milhões de volts precedeu a da maquina grande. O modelo teve sua construção terminada em 1948.
Os betatrons de 340, 80 e 24 milhões de volts são operados pelo Laboratorio de Pesquisas Fisicas da Universidade de Illinois, em Urbana-Champaigns. Este edificio tambem inclui laboratorios, lojas e escritorios para os seus funcionarios, e ali está exposto o betatron primitivo de dois e meio milhões de volts.
O betatron opera segundo o principio de um transformador de corrente alternada. Este tipo de transformador modifica uma voltagem alternada em outra. A explicação de seu funcionamento reside no fato de que uma corrente eletrica pode criar magnetismo, e, inversamente, esse magnetismo pode criar corrente eletrica.
Isto se pode demonstrar enrolando duas bobinas de arame em torno de uma barra de ferro. Se uma corrente é ligada a uma bobina, transformando a terra num magneto, a segunda tambem terá uma corrente passando por ela durante o tempo em que a barra estiver ficado magnetizada. Este fluxo ocorre apenas durante o tempo em que a barra se torna magnetizada pela força de transformação magnetica, que empurra os eletrons ao longo dos fios.
As voltagens das duas correntes são diretamente proporcionais à razão das voltas do fio, nas duas bobinas. Se a primeira tem duas voltas e a segunda 100, a voltagem da secundaria será dez vezes aquela alimentada na primaria.
Os problemas de espaço e isolamento limitam o numero de voltas que se pode dar numa bobina secundaria. O betatron contorna essas limitações substituindo as bobinas por uma valvula de vacuo. Os eletrons, em vez de correrem pelos fios, giram no interior deste tubo. A proporção das voltas que fazem é tal que atingem uma energia de 24 milhões de volts.
Numa bobina secundaria, os eletrons são fornecidos pelos atomos do fio. Na valvula de vacuo, a fonte de eletrons é um filamento aquecido. Este filamento, no interior da valvula, e parte de um aparelho chamado "injetor". Uma pulsação de voltagem ali enviada expulsa os eletrons do filamento para o vacuo.
As pulsações são sincronizadas com a corrente alternada da bobina primaria, de modo que os eletrons são injetados no momento em que o magnetismo está preparado para empurrá-los.
O caminho dos eletrons, no interior da valvula de vacuo de 19 polegadas, tem aproximadamente 1/25 de polegadas de largura. Circulam em torno deste caminho até que atingem o maximo de energia. Então, batem num ponto de platina localizado no injetor.
Quando os eletrons de alta energia batem nesse "alvo", criam, igualmente, raios X de alta energia, que saem da valvula de vacuo numa faixa reta, penetrante. Ou, por meio de aparelhos especiais, os proprios eletrons podem ser projetados da valvula num raio compacto.
Os raios X, ou eletrons, no entanto, não saem continuadamente. Saem em "impulsos" ou "explosões", um em cada maximo da corrente alternada de 180 ciclos de bobina primaria. Ao falarmos sobre um transformador, é facil descrevê-lo como duas bobinas em torno de uma barra de ferro. Frequentemente, no entanto, os modelos mais complexos são mais eficientes. Um destes tem barras em cima e em baixo ligadas por três "pernas" verticais.
É o caso de betatron. A bobina é enrolada em torno da perna central. É dividido em duas partes, numa no alto e a outra na parte inferior. A válvula de vácuo, tomando o lugar de uma bobina secundária, fica entre as duas partes da bobina primária.
Na betatron de 24 milhões de volts, a perna central é cortada através do ponto em que a valvula fica localizada. Isto permite não só que o magnetismo impulsione os eletrons dentro da valvula, mas tambem lhe permite executar outra tarefa, que é a de manter os eletrons em sua orbita no interior da valvula. Mediante um cuidadoso desenho da maquina, isto é feito com grande precisão.
O betatron de 340 milhões de volts funciona mais ou menos da mesma maneira que o de 24 milhões, mas seu tamanho permite certas alterações. Uma delas é que a perna central não é cortada. O magnetismo desta é usado apenas para empurrar os eletrons. Isto reduz, consideravelmente, a necessidade de energia da bobina primaria.
A fim de manter os eletrons dentro de sua orbita no interior da valvula, é colocado um "circulo" de magnetos em torno da perna central. Todas tem a forma de um "C", com a face voltada para dentro. A grande valvula de vacuo passa entre os pontos dos "C".
Este circulo de magnetos foi cuidadosamente desenhado e construido, de modo a produzir um perfeito campo circular magnetico.
O grande betatron difere tambem sob outro aspecto. Há uma bobina especial que magnetiza o ferro numa direção oposta ao magnetismo a ser usado para acelerar os eletrons. Quando a corrente primaria inicia seus esforços, deve dominar esta força antes de atingir o auge de seu ciclo.
O resultado é que o magnetismo do ferro sobe não só de zero a plena força, mas todo o caminho de uma condição oposto ao inteiramente desejado. Uma vez que é o tempo durante o qual a força magnetica está aumentando que acelera os eletrons, isto dá aos eletrons um impulso muito mais longo e mais forte durante cada uma das seis pulsações por segundo com que opera o grande betatron.
Raios cosmicos de grande energia descem do espaço para a terra. A atmosfera elimina a maior parte desses raios, de modo que muito poucos chegam aos niveis em que vivemos. No passado, os cientistas que estudavam estes raios e seus efeitos tinham de subir ao cume de altas montanhas ou utilizar balões com instrumentos, os quais subiam à atmosfera, onde os raios cosmicos são mais abundantes.
O betatron de 340 milhões de volts é uma maquina que pode produzir energias cosmicas no laboratorio, em abundancia, e sob rigoroso controle. É de grande valor nas pesquisas de fisica nuclear.
Pode produzir mesons, particular nucleares pouco conhecidas, que servem para prender o atomo. Serve para medir, exatamente, a energia necessaria para dissociar o nucleo de todos os elementos, e pode ser usado tambem em varios outros projetos cientificos. Contudo, não é uma ferramenta para a fabricação de uma super-bomba. É, como um microscopio, uma ferramenta para abrir o caminho a novos conhecimentos.
Os raios X do betatron de alta energia permitem aos engenheiros industriais economizar tempo e dinheiro, tirando fotografias dos metais fundidos, a fim de revelar suas falhas, a fim de examinar a montagem de complicados mecanismos dentro de caixas metalicas, e para determinar o estado de uma maquina, antes de desmontá-las.
O betatron e a ciencia

A medicina debate-se com o problema de destruir o cancer sem destruir os outros tecidos. O betatron proporciona novos meios de conseguir este objetivo. Oferece menor perigo de prejudicar os tecidos sadios, menos doença de irradiação, e um tempo de tratamento curto. Os raios X de menos de um milhão de volts têm maior efeito sobre a pele do paciente e os tecidos imediatamente abaixo. Seu maior valor é para tratar do cancer da epiderme. Os raios X de 24 milhões de volts atingem a uma profundidade maior. Isto é, são uteis quando o cancer está proximo de orgãos vitais. (TRANSWORLD)
 
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