Acelerador de Cockroft-Walton

Para o 100º aniversário da Revolução Russa, escolhemos um objeto representativo do programa nuclear desenvolvido em Portugal no contexto da Guerra Fria: o Acelerador de Cockroft-Walton.

Foto: Lola Villar

Os aparelhos para acelerar partículas permitem estudar objetos muito pequenos revelando-nos a estrutura mais íntima da matéria encontrada ao nível do núcleo dos átomos. Os aceleradores são tão importantes para a física das partículas, como os telescópios o são para a astronomia ou os microscópios para a biologia.

Em 1929, John Cockroft e Ernest Walton iniciaram, no Laboratório Cavendish, a construção de um aparelho deste tipo. O laboratório era dirigido pelo reconhecido cientista neo-zelandês Ernest Rutherford, que considerava como problema central da física, naquele momento, o conhecimento da estrutura do núcleo atómico. Para isso, era preciso “partir o átomo” fazendo chocar partículas umas contra as outras, a elevadas velocidades. Para as atingir era preciso conceber uma máquina que produzisse tensões elétricas muito elevadas, que serviriam para acelerar essas partículas. Cockroft e Walton desenvolveram um aparelho que permitia produzir essas tensões (acima dos 600 000 Volt) com correntes relativamente baixas, usando um circuito multiplicador de tensão formado, sobretudo, por condensadores e díodos. As partículas assim aceleradas atingiam energias da ordem dos 600 000 eV (electrão-Volt).

Construído o acelerador, Cockroft e Walton realizaram experiências sensacionais! Foram eles que, em 1932, provocaram as primeiras reações nucleares com partículas aceleradas artificialmente. Utilizando um tubo de descarga auxiliar, os cientistas retiraram eletrões a átomos de hidrogénio, obtendo um feixe de protões. Os protões eram depois acelerados pela alta tensão num tubo vazio e apontados para um alvo.
O lítio foi o primeiro elemento a ser utilizado como alvo e, por isso, a ser examinado. Do choque entre o feixe de protões e uma folha de lítio resultava a absorção de protões por parte do lítio e a deteção das chamadas partículas-α (alfa). Rutherford já tinha identificado as partículas-α no início da sua carreira, como núcleos de átomos de hélio que perdem os seus eletrões e que têm quatro vezes a massa do protão. Os resultados desta experiência foram fantásticos: pela primeira vez na história provocara-se uma desintegração não-espontânea de um núcleo atómico sem recorrer à utilização de elementos radioativos. Cockroft e Walton foram ainda mais longe: mediram a energia cinética das partículas-α e confirmaram experimentalmente a famosa fórmula de Einstein, E = mc2, da equivalência entre a massa e a energia! Os dois cientistas ganharam, pelo seu trabalho, o Prémio Nobel da Física em 1951.

Os trabalhos de Rutherford, Cockroft, Walton e de muitos outros, abriram caminho para a física das partículas e para a construção de aceleradores ainda mais complexos do que o instrumento exposto no claustro. Na verdade, os aceleradores atuais são instrumentos enormes que exigem meios humanos e materiais imensos e que resultam da colaboração de vários países. O Large Hadron Colider (LHC), no CERN, é, atualmente, o maior acelerador de partículas do Mundo. Com um perímetro de 27 km permite realizar colisões de partículas que atingem energias da ordem dos 7 TeV (7 x 1012 eV)! O objetivo será o mesmo que animou Rutherford e a comunidade científica: penetrar mais fundo na natureza da matéria e descobrir os seus segredos...

 

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