Aplicações da Supercondutividade - O skate voador da Lexus

segunda-feira, 11 de maio de 2015

Novo ondulador supercondutor fornece primeira luz de raio-X (Novel superconducting undulator provides first x-ray light at ANKA)


SCU15 é um ondulador supercondutor único instalado no anel de armazenamento ANKA para produção de raios-X de alta luminosidade.

       As facilidades da radiação síncrotron fornecem insights sobre o mundo de estruturas muito pequenas, como micróbios, vírus ou nanomateriais e contam com a tecnologia dedicada ao ímã, que é otimizada para produzir feixes das mais altas intensidades. As instalações de radiação síncrotron no ANKA ganhou um salto tecnológico: eles desenvolveram com sucesso pela primeira vez um novo ondulador supercondutor que fornece campos magnéticos de picos mais elevados para a produção de raios-X.
       Radiação síncrotron é uma das fontes mais intensas de raios-X e radiação infravermelha, e é uma ferramenta poderosa para a investigação na indústria e na academia. Ela fornece uma visão única no mundo da biologia, medicina, química e física, e equipa os investigadores com meios não-destrutivos de análise de materiais ou componentes de dispositivos e máquinas futuras.
O novo ondulador supercondutor de alta performance, com o nome “SCU15”, é um longo dispositivo de 1,5 metros que força os elétrons em um caminho ondulante, usando um campo magnético periódico com 100 períodos de 15 milímetros cada. “A instalação e operação confiável do SCU15 é um marco importante num programa de investigação e desenvolvimento a longo prazo dedicado a dispositivos de inserção de próxima geração, e é um avanço significativo na inserção de supercondutores em dispositivos”, afirma a Drª. Sara Casalbuoni, chefe do grupo de pesquisa. Cristian Boffo, diretor do departamento de desenvolvimento em tecnologias de ímã no BNG, acrescenta: “abordagens tecnológicas inovadoras implementadas no projeto do SCU15 levaram a uma conclusão bem sucedida do primeiro marco na nossa colaboração KIT-BNG, tornando o SCU15 um dispositivo único em todo o mundo”.
Um ondulador é uma matriz de ímãs bipolares alternadas com sentido do campo magnético, o que obriga o feixe de elétrons de alta energia para um caminho ‘ondulante’, que conduz à emissão de radiação eletromagnética intensa e altamente colimada. Em contraste com os onduladores comuns que utilizam ímãs permanentes, o SCU15 utiliza eletroímãs supercondutores. As altas correntes permitem a criação de altos campos magnéticos no interior do dispositivo. Graças a componentes de alta precisão, o SCU15 cumpre exigências rigorosas sobre a precisão do campo magnético. Isso faz do SCU15 o primeiro dispositivo supercondutor de corpo inteiro para atingir campos magnéticos de pico mais elevados.
O desenvolvimento de onduladores supercondutores começou no KIK no início de 1990 e o KIK detém várias patentes aplicáveis ​​à tecnologia de onduladores supercondutores. Já em 2005, um primeiro ondulador supercondutor com 14 mm de comprimento de período e 100 períodos foi instalado e operado no anel de armazenamento do ANKA. Lições valiosas foram aprendidas a partir deste dispositivo. Em particular, observou-se que a carga de calor gerada pelo feixe de elétrons resultou num pico de campo magnético limitado, menor do que o alcançável por onduladores de ímãns permanentes. Graças às lições aprendidas no ANKA e à vasta experiência do BNG em projetar e fabricar sistemas de condução resfriados, um novo projeto foi implementado no SCU15 para superar essa barreira.
Como destaca a Profª. Anke-Susanne Müller: “Com os dispositivos futuros sobre a prancheta, os resultados encorajadores obtidos com o SCU15 pintam um quadro brilhante para a futura implementação de dispositivos de SCU em instalações de radiação síncrotron atuais e da próxima geração”.






sábado, 9 de maio de 2015

Luz empurra matéria um milhão de vezes mais em ilha supercondutora (Light Pushes Matter One Million Times More On Superconducting Island)



Ilustração mostrando a ideia para a introdução de um sistema de dois níveis (qubit ou átomo artificial) em uma cavidade optomecânica. No interior da cavidade (azul), há um sistema quântico de dois níveis (verde), que é compatível mecanicamente (vermelho). Fonte (Nature): http://www.nature.com/ncomms/2015/150427/ncomms7981/fig_tab/ncomms7981_F1.html.


Quando um espelho reflete a luz, ele experimenta um leve empurrão, mas é insignificante em nossas vidas diárias. Nosso mobiliário não está em movimento devido à pressão de radiação da luz porque uma lâmpada de 100 Watt causa uma pressão de apenas um trilionésimo (uma parte em 1.000.000.000.000) da pressão atmosférica normal.
Radiação certamente pressiona matéria no espaço, as caudas dos cometas apontam tipicamente para longe do Sol, devido à pressão de radiação, e isso tem sido proposto como propulsão para velas solares. Em terra firme, a radiação tem sido aproveitada no domínio da física do laser, pode ser usada para acoplar o campo eletromagnético do laser com o movimento de pequenos osciladores mecânicos que podem ser encontradas no interior de relógios comuns. Devido à fragilidade da interação, geralmente precisa de lasers substancialmente fortes.
Um novo estudo mostra que esta pressão de radiação pode ser aumentada consideravelmente - com a ajuda de uma pequena ilha supercondutora. Jani Tuorila da Universidade de Oulu explica que a pressão de radiação nos sistemas são mensuráveis apenas quando o oscilador é atingido por milhões de fótons, porém, colocando uma ilha supercondutora entre o campo eletromagnético e o oscilador para mediar a interação, a força da pressão de radiação pode ser aumentada consideravelmente.
“Nas medidas, exploramos o acoplamento das junções Josephson, especialmente seu caráter não-linear”, diz o co-autor Juha Pirkkalainen da Universidade Aalto, o pesquisador que realizou as medições. Os pesquisadores foram capazes de alterar o acoplamento da pressão de radiação de forma significativa. Com a ilha supercondutora, a pressão de radiação aumentou um milhão de vezes.
Devido ao aumento da pressão de radiação, o oscilador observa o campo eletromagnético com a precisão de um único fóton. Correspondentemente, os osciladores revelam-se ao campo com a resolução de um único quantum de oscilações, um fônon.
A pesquisa permite a observação de fenômenos quânticos em estruturas maiores do que antes, permitindo assim estudar a validade das leis da mecânica quântica em grandes estruturas. Será que isto ocorre apenas com partículas muito pequenas? A existência de um limite superior para a região da validade não foi encontrado ainda.






sexta-feira, 8 de maio de 2015

Maximizando a temperatura crítica supercondutora (Maximizing superconducting critical temperature)





Uma equipe internacional de pesquisadores, liderada pelo professor Kosmas Prassides da Universidade de Tohoku, investigou as propriedades eletrônicas da família de supercondutores não convencionais com base em fulerenos que têm a mais alta temperatura crítica (Tc) supercondutora conhecida entre supercondutores moleculares.
A equipe demonstrou a influência orientadora da estrutura eletrônica molecular no controle da supercondutividade e alcançou a máxima Tc, abrindo o caminho para novas rotas na busca de novos supercondutores moleculares com propriedades melhoradas.
Atualmente, metais convencionais são utilizados para a transmissão de energia elétrica, mas a energia é perdida na forma de calor devido à resistência. Em contraste, os supercondutores não têm resistência elétrica e pode transportar eletricidade sem perder energia.
Infelizmente, materiais supercondutores só funcionam a baixas temperaturas, o que provocou a busca de novos materiais que podem trabalhar à temperatura ambiente ou superior. A maioria dos supercondutores têm estruturas simples. Mas, recentemente, os supercondutores feitos de moléculas dispostas em estruturas sólidas regulares foram encontrados.
A equipe de pesquisa tem abordado pela primeira vez a relação entre o parente isolante, o estado metálico normal acima da Tc e o mecanismo de emparelhamento supercondutor de uma nova família de materiais de fulereno quimicamente pressurizadas. Esta é uma questão chave para entender todos os supercondutores não convencionais, incluindo os cupratos de alta Tc, os pnictídeos de ferro e os sistemas de férmions pesados.
Seu trabalho apresentou um novo estado da matéria - o metal Jahn-Teller - e mostrou que, quando o equilíbrio entre as características moleculares e da rede estendidas dos elétrons no nível de Fermi é otimizado, a temperatura mais alta possível para o início da supercondutividade é atingida.
Como a química sintética permite a criação de novas estruturas eletrônicas moleculares distintas daquelas nos átomos e íons que dominam os supercondutores mais conhecidos, existe agora uma forte motivação para procurar novos materiais supercondutores moleculares.





segunda-feira, 13 de abril de 2015

Obtido primeiro feixe de elétrons em teste com acelerador supercondutor (Superconducting Test Accelerator Achieves First Electron Beam)



As primeiras cavidades SRF do acelerador supercondutor no Fermilab impulsionaram seus primeiros elétrons.


Os mais novos aceleradores de partículas e os do futuro serão construídos com cavidades supercondutoras de rádio-freqüência (SRF), e instituições de todo o mundo estão trabalhando duro para desenvolver esta tecnologia. O teste do acelerador supercondutor do Fermilab foi construído para tirar proveito da pesquisa e desenvolvimento do acelerador com tecnologia SRF. Depois de sete anos de planejamento e construção por cientistas e engenheiros, o acelerador emitiu o seu primeiro feixe.
O acelerador de teste supercondutor do Fermilab é um acelerador linear com três componentes principais: uma fotoinjetor que inclui um canhão de RF acoplado a um sistema de laser ultravioleta, vários criomódulos e um feixe de luz. Feixes de elétrons são produzidos quando impulso ultravioleta gerado pelo laser atinge um cátodo localizado na placa traseira do canhão. Aceleração continua através de duas cavidades no interior dos criomódulos SRF. Depois de sair dos criomódulos, os feixes viajam abaixo de um feixe de luz, onde os pesquisadores podem avaliá-los.
Cada metro de comprimento da cavidade consiste em nove células feitas de nióbio de alta pureza. De modo a torná-las supercondutoras, as cavidades são mergulhadas em um vaso cheio de hélio líquido a temperaturas próximas do zero absoluto.
Os pulsos através destas cavidades criam um campo elétrico oscilante que percorre as células. Se as partículas carregadas estiverem em fase com as ondas oscilantes, elas são empurradas para frente e impulsionadas para baixo do acelerador.
A principal vantagem da utilização de supercondutores é a ausência de resistência elétrica que permite toda a energia que passa através das cavidades seja utilizada para acelerar as partículas, criando aceleradores mais eficientes.
“É mais retorno para os investimentos”, disse Elvin Harms, um dos líderes do esforço do comissionamento.
O teste do acelerador supercondutor produziu elétrons pela primeira vez em junho de 2013. Na execução atual, os elétrons estão sendo arremessados por um criomódulo de cavidade única, com um segundo modelo melhorado a ser instalado nos próximos meses. Os planos futuros pretendem acelerar o feixe de elétrons através de um criomódulo de oito cavidades, CM2, que foi o primeiro a alcançar as especificações propostas do Internacional Linear Collider (ILC).
O Fermilab é uma das poucas facilidades que oferece espaço para pesquisa avançada e desenvolvimento de acelerador. Esses experimentos vão ajudar a definir o cenário para futuros aceleradores supercondutores, como o Linac Coherent Light Source II, dos quais o Fermilab é um dos vários laboratórios parceiros.
“O LINAC é semelhante a outros aceleradores que existem, mas a capacidade de usar esse tipo de instalação para realizar experimentos científicos e treinar os alunos, é única”, disse Philippe Piot, físico do Fermilab e professor da Northern Illinois University, líder de um dos primeiros experimentos de teste no acelerador. Uma equipe do Fermilab foi designada e está começando a construir o anel Integrable Optics Test Accelerator, um anel de armazenamento que será anexado ao acelerador de teste supercondutor nos próximos anos.
“Isso consolida o fato de que o Fermilab tem construído a infra-estrutura para dominar a tecnologia SRF”, disse Harms. “Essa é a joia da coroa: dizer que podemos construir os componentes, colocá-los juntos, e agora podemos acelerar um feixe”.






domingo, 12 de abril de 2015

Construído ímã gigante para ser usado em projeto de fusão nuclear (Giant magnet built in Poway to be used in fusion energy project)




Os 48 elementos do magneto ITER devem gerar um campo magnético 200.000 vezes maior que o da Terra. Fonte: ITER.ORG


A empresa General Atomics está programada para revelar um eletroímã supercondutor de 1.000 ton para ser usado em um estudo de fusão nuclear por 35 países.
        De acordo com a empresa, o dispositivo construído que é poderoso o suficiente para levantar um porta-aviões para fora da água, será apresentado em uma conferência de imprensa em Poway, Califórnia (EUA).
        O eletroímã será utilizado nos experimentos do Reator Termonuclear Experimental Internacional (International Thermonuclear Experimental Reactor - ITER), na França, em que os cientistas vão tentar criar um plasma que demonstra a viabilidade da energia de fusão nuclear.
        Energia limpa de fusão nuclear é um santo graal para os pesquisadores que procuram alternativas à energia nuclear padrão e combustíveis baseados em carbono. Os cientistas dizem que a energia de fusão nuclear não cria resíduos de produtos de longo prazo ou riscos de colapso.
        Em seu site, o projeto ITER é descrito como um “experimento científico em grande escala destinado a provar a viabilidade da fusão nuclear como fonte de energia, e para coletar os dados necessários para a concepção e posterior operação da primeira usina de energia de fusão nuclear para produção de eletricidade”.
        Os Estados Unidos, China, Índia, Japão, Coréia do Sul, Rússia e nações da União Europeia estão envolvidos no projeto ITER. A preparação começou há sete anos no sul da França, e as operações estão programadas para iniciar em 2019, de acordo com um cronograma ITER.
        A inauguração pela General Atomics vem no rastro da notícia do mês passado que os cientistas da empresa com sede em San Diego descobriram como ímãs podem controlar rajadas de calor prejudiciais em um reator de fusão.
        A pesquisa construída em estudos anteriores mostra que campos magnéticos minúsculos podem suprimir as rajadas de calor - e agora especialistas em energia sabem como funciona o processo.




sábado, 11 de abril de 2015

Maior acelerador de partículas do mundo voltou a funcionar

 
 
http://www.publico.pt/ciencia/noticia/maior-acelerador-de-particulas-do-mundo-retoma-actividade-1691407

 

A próxima tarefa do LHC será tentar decifrar o mistério da matéria escura, o material invisível e indetectável de que é feito cerca de 27% do Universo.

A Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (European Organization for Nuclear Research - CERN), em Genebra, anunciou neste domingo a reabertura do LHC (Large Hadron Collider), uma enorme máquina subterrânea onde dois feixes de partículas de altas energias colidem a velocidades próximas a da luz para tentar reproduzir o que se passou a seguir à criação do Universo, há 13.800 milhões de anos. Esteve dois anos parado, para obras de manutenção e renovação.

O LHC tinha reabertura prevista para o mês passado, mas um curto-circuito num dos eletromagnetos principais, detectado em 21 de março, adiou a operação. Esta manhã, os engenheiros do acelerador enviaram dois feixes de prótons (partículas subatômicas com cargas positivas, que se encontram no núcleo atômico) nos tubos do túnel a 100 metros de profundidade, na fronteira entre a Suíça e a França, com 27 quilômetros de circunferência do LHC.

Nestes tubos, os prótons são lançados em sentidos opostos para colidirem uns contra outros, guiados pelos ímãs supercondutores, que produzem um campo magnético que conduz as partículas. Atingem altíssimas velocidades e altas energias. Nestas colisões são criadas novas partículas, que são detectadas por sensores e analisadas pelos cientistas.

No primeiro período de funcionamento, entre 2010 e 2013, foi detectado o bóson de Higgs - a tão procurada partícula que permite explicar porque todas as outras adquirem massa. Detectá-la era o principal objetivo da construção do LHC. Era a última peça que faltava para confirmar o Modelo Padrão, a teoria que descreve as partículas fundamentais e as forças que exercem entre elas. A descoberta foi anunciada em 4 de Julho de 2012.

Um dos esforços nesta próxima fase é tentar investigar a natureza da matéria escura e da energia escura, que juntas constituem 95% do Universo (os 5% restantes correspondem à matéria que conhecemos, os átomos que formam as estrelas, os planetas e as pessoas). No entanto, a matéria e a energia escuras só são detectadas pela influência que têm na matéria normal.

Após as obras de renovação, o acelerador de partículas do CERN funcionará com uma energia muito maior, produzindo colisões de 13 TeV (teraelétrons-volt), em vez dos 8 TeV que alcançou na primeira fase. Este aumento permitirá aos cientistas ampliar o campo de investigação para procurar novas partículas subatômicas e validar ou não certas teorias, como as relativas à matéria e energia escuras, explica o CERN, em comunicado.

 

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