Resfriamento de elétrons

O resfriamento de elétrons, também conhecido como resfriamento por feixe de partículas,[1] é um método para diminuir a emissão (tamanho, divergência e propagação de energia) de um feixe de partículas carregadas sem remover partículas do feixe. Como o número de partículas permanece inalterado e as coordenadas do espaço e suas derivadas (ângulos) são reduzidas, isso significa que o espaço de fase ocupado pelas partículas armazenadas é comprimido.

O método foi inventado por Gersh Budker[2] no INP,[3] Novosibirsk, em 1966, com o propósito de aumentar a luminosidade dos colisores de hádrons.[2] Foi testado pela primeira vez em 1974 com 68 protões MeV no anel de armazenamento NAP-M no INP.[4] Pesquisadores, em 2020, demonstraram o resfriamento por ionização de múons. Este é um passo significativo para o desenvolvimento do acelerador de partículas mais poderoso do mundo, o que proporcionaria uma melhor compreensão dos constituintes fundamentais da matéria.[5][6]

Funcionamento

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Basicamente, o resfriamento de elétrons funciona da seguinte maneira:[7]

  • Um feixe de elétrons quase monoenergéticos densos é produzido e fundido com o feixe de íons a ser resfriado.

A velocidade dos elétrons é igual à velocidade média dos íons.

  • Os íons sofrem dispersão de Coulomb no "gás" de elétrons e trocam momentum com os elétrons. O equilíbrio termodinâmico é alcançado quando as partículas têm o mesmo momento, o que requer que os elétrons muito mais leves tenham velocidades muito mais altas. Assim, a energia térmica é transferida dos íons para os elétrons.
  • O feixe de elétrons é finalmente curvado para longe do feixe de íons.

Referências

  1. «Breakthrough made towards building the world's most powerful particle accelerator». Tech Explorist (em inglês). 11 de março de 2020. Consultado em 11 de março de 2020 
  2. a b Budker, G. I. (1967). «An effective method of damping particle oscillations in proton and antiproton storage rings» (PDF). Soviet Atomic Energy. 22 (5): 438–440. doi:10.1007/BF01175204 
  3. A. N. Skrinsly, "Accelerator field development at Novosibirsk (history, status, prospects)", Particle Accelerator Conference, Proceedings of the 1995.
  4. Dietrich, J (2006). «Electron Cooling of Intense Ion Beam». DOI: 10.1063/1.2190122. Consultado em 10 de abril de 2019 
  5. Heo, Joo Hyeon (Fev. 2020). «Breakthrough Made Towards Building the World's Most Powerful Particle Accelerator». UNIST News Center 
  6. Bogomilov, M.; Tsenov, R.; Vankova-Kirilova, G.; Song, Y. P.; Tang, J. Y.; Li, Z. H.; Bertoni, R.; Bonesini, M.; Chignoli, F. (fevereiro de 2020). «Demonstration of cooling by the Muon Ionization Cooling Experiment». Nature (em inglês). 578 (7793): 53–59. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/s41586-020-1958-9 
  7. Derbenev, Yaroslav S. (28 de março de 2017). «Theory of electron cooling». arXiv:1703.09735 [physics] 
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