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Gaz. Fls., Vol. 15, Fase. 2, 1992
Como se fazem e para que servem
os aceleradores de partículas?
Rui Alves Pires e Rui Dilão
(Departamento de Física do Instituto Superior Técnico)
1. Introdução (^) duas partículas a devido à colisão de um protão (p + Li 1 —> a + a + Energia Cinética de 17 MeV). Estes aceleradores, em funciona mento em alguns laboratórios, são utilizados essencialmente como máquinas de pré-acelera ção associadas a aceleradores maiores e mais eficientes. Depois do aparecimento dos primeiros ace leradores electrostáticos foram surgindo novas máquinas, baseadas em princípios físicos bem conhecidos e correspondendo a avanços tec nológicos importantes. Foi a geração dos ciclo- trões e dos betatrões. Com estas máquinas foram-se desenvolvendo as tecnologias dos grandes electroímans e das cavidades de radio- frequência; começou o desenvolvimento de sistemas de ultra-vácuo e o aperfeiçoamento de sistemas de medição de grande precisão (quadro 1).
Os aceleradores são instrumentos experi mentais desenvolvidos com a finalidade de acumular e acelerar controladamente feixes de partículas carregadas. Estes feixes podem então ser utilizados em experiências de física das altas energias para o estudo da estrutura interna do núcleo atómico e das interaeções entre partículas elementares, ou como fonte de radiação de sincrotrão. Nestas máquinas, introduzem-se partículas carregadas, electrões ou protões, produzidas extemamente por uma fonte, sendo depois ace leradas até atingirem grandes velocidades, nal guns casos muito próximas da velocidade da luz. Alcançada a velocidade máxima para a qual o acelerador foi construído pode-se, por exemplo, forçar a colisão com um alvo ou favorecer a colisão frontal dè partícula contra partícula. Para além do interesse em estudar a estru tura interna da matéria, cedo se percebeu que os aceleradores poderiam ser usados para a produção de feixes muito colimados de radia ção visível, X e y com frequências na banda dos 10 16 a 10 19 Hertz. Recentemente, entraram em funcionamento pequenos aceleradores para a produção de feixes muito colimados de luz (radiação de sincrotrão) com fins industriais e hospitalares. Os primeiros aceleradores foram cons truídos por volta de 1928 por Van der Graaf, Cockfoft e Walton e baseavam-se num princípio de aceleração electrostática. Eram máquinas para produzir feixes de partículas de baixa energia e que serviram para a produção artificial de reacções nucleares, como por exemplo, a cisão do átomo de Lítio-7 em
Famílias de Aceleradores de Partículas
AceleradoresVan der Graaf electrostáticos e Cockroft-Walton. de U Aceleradores lineares (1928) AceleradoresWideroe e Lawrence-Sloan. ressonantes de j i Aceleração por campo ^ j^ elóctricoPartículas^ variável. guiadas por ( campos magnéticos.
Ciciotrão (1931) (Lawrence) , s / 1 Partículas guiadas e aceleradas^ I Betatrão (1940) por campos magnéticos variáveis. (Kerst)
£ Aceleraçãoeléctricos variáveis: por campos cavidadesPartículas deguiadas radiofrequãntia. por campos magnéticosFocagem forte: dlpolares. pares de quadrupolosde gradiente ealternado de sextupokjs (1954).
Sincrotrão (1944 ...) (Vekslere McMillan) I
Grandes Aceleradores Lineares (1987 ...) Aceleradores Circulares Gigantes (1989 ...) Máquinas de Luz Sincrotrão (anos 80)
Quadro 1
crição. da relação entre massa e energia, desco berta por Einstein, indispensável na obtenção das dimensões das grandes máquinas. Os dois últimos parágrafos destas notas são dedicados ao mecanismo de produção de feixes de radiação de sincrotrão e às suas aplicações tecnológicas.
Nos finais da década de 50 apareceram os primeiros grandes aceleradores, os sincrotrões, capazes de acelerar partículas a velocidades muito próximas da velocidade da luz. No qua dro 2 apresenta-se uma lista de grandes acele radores sincrotrões com alguns dos parâmetros característicos mais relevantes.
2. Como chegar próximo da velocidade da luz
Grandes Sincrotões Luminosidade funclon. Ano da Pala («tr* r 1 ) Energia^ Ctrcumf. Máquina Partículas (GOV) ftm) Laboratório Europa CERN (^) A teoria da relatividade restrita de Einstein é a consequência do facto experimental de que a velocidade da luz no vazio não depende do estado de movimento da fonte emissora. Assim, é possível mostrar que a velocidade da luz é a velocidade limite de todas as veloci dades observadas no universo. Nos acelera dores, a velocidade das partículas é muito próxima da velocidade da luz no vazio, sendo portanto, a física dos aceleradores, uma teoria relativista. Uma das consequências da teoria da relati vidade restrita é de que a inércia de uma partícula depende do seu conteúdo energético. Isto é expresso pela fórmula de Einstein que relaciona a massa de uma partícula com a sua energia de repouso através da fórmula,
CERN PS^ p.a,^ P,P,^ o. O, S 26 (p)^1959 AGS P^33 0.807 Srookhaven^ EUA U-10 P 9,3 0.251^1961 'URSS Moscovo IHEP PS P^70 1.46^1967 Serpukhov^ URSS 7.64x4 x 7,6a EUA SPEAR* ee- (^) 10®.10®’ 0.234^1972 Stanford Europa ISR qq.^ PP.^ PP.qP,^ OP. pD^11 31^ x x^11 31^ a 10»^ 0,960^ 1973-63 CERN DORIS 4x4^10 ”^ 2.304^1974 RFA ee' (^) 19x19 2.3 1978 Hamburgo RFA PETRA ee' Hamburgo SATURNE II H,D\He~ 2.55^ 0.105^ 197B^ França Saday SPS*** PP^ (450^270 xx^270 450) 10 ”^ 6.9 (1985)^1981 Europa CERN TEVATRON PP^600 x^800 10^ 6,3 Fermilab^ EUA TRISTAN 32x32^8 x10^ a’^1986 Japão ee' (^) (Linear) KEK SLC ee'^ 50x50 6x10 3.226^1987 Stanlord^ EUA LEP ee' 50x50^10 a'^ 26,7^ Europa CERN 6.34 (^1991) Hamburgo^ RFA HERA (^) ep (314 c.m.) 10 3' Em URSS UNK 400 Pro)c»o LHC PP 7.700^ x^ 7.700^10 a*^ 26.7 Projatío^ Em^ Europa CERN SSC PP.PP 40.000^ x^ 40.000^ 10"^84 Profacto^ Em^ TexasEUA
- O número de interacções por segundo numa colisão frontal de dois feixes de partículas é proporcional à luminosidade. Por outro lado, a luminosidade é propor cional ao produto dos números de partículas em cada feixe, a dividir pela dimensão plana dos feixes. Tingt (em simultâneo com Richter, BNL) recebe o Nobel pela descoberta do J/V t. Rubia e van der Meer recebem o Nobel pela descoberta do Z” e do W.
E (^) repouso^ =^ mc^2 (D
em que c é a velocidade da luz no vazio (c = 3 x 108 mi-1)- É possível mostrar ainda que a energia total de uma partícula livre é
**
E 2 T =^1 m 2 c 2 v2 + m 2 c* i-
Quadro 2 ( 2 )
C 2
A construção dos aceleradores sincrotrões é baseada em princípios físicos muito simples que se podem resumir às funções de confinar, acelerar e focar os feixes de partículas. Nos parágrafos seguintes vamos analisar brevemente os vários princípios físicos de uma máquina deste tipo, até chegarmos aos planos de Um pequeno acelerador. Vamos começar pela des-
e portanto, para alcançar a velocidade da luz, uma partícula teria que adquirir uma energia infinita. Da fórmula (1) para a energia de repouso de uma partícula conclui-se que massa e energia diferem por um factor multiplicativo
- c 2 - cujo valor numérico não depende do referencial de observação. Assim, é equivalente
significa que a expressão é calculada no sistema internacional de unidades). Para confinar uma partícula carregada numa certa região do espaço basta mantê-la sob a acção; de um campo magnético constante em que o raio da trajectória circular da partícula é dado pela expressão (3) — raio de ciclotrão. Este campo de confinamento pode ser obtido entre os polos paralelos de um elec- troíman (dipolo).
estrutura interna de algumas partículas, pois só assim se toma possível forçar nas colisões, interacções a distâncias muito pequenas e durante intervalos de tempo grandes. É assim necessário chegar tão próximo quanto possível da velocidade máxima observada no Universo — a velocidade da luz. Nos aceleradores de partículas, está-se mais uma vez a verificar experimentalmente os princípios da teoria da relatividade restrita que podem parecer pouco naturais quando compa rados com a observação quotidiana, onde as velocidades com que lidamos são muito infe riores à da luz. A BA^ n
3. Como se faz um acelerador^ n^ A
E£>.lx
Os princípios físicos para a construção dos aceleradores do tipo sincrotrão são muito sim ples e têm a finalidade de confinar, acelerar e focar os feixes de partículas. Nos parágrafos seguintes vamos descrever as três fases da construção de um acelerador do tipo sincrotrão.
Figura 1 — Trajectória circular de uma partícula carregada sob a acção de um campo magnético de fluxo constante B. A trajectória circular situa-se no plano perpendicular às linhas de força do campo e o raio da órbita ou raio de ciclotrão é dado pela fórmula (3) do texto.
3.1. Confinamento (^) Aumentando simultâneamente a energia cinética das partículas e a intensidade do fluxo magnético B, pode-se manter constante o raio de circulação r. Assim, é possível obter, em regiões limitadas do espaço, partículas com velocidades arbitrariamente próximas da veloci dade da luz, enquanto for possível aumentar simultaneamente a energia cinética Et o campo magnético B. Nos aceleradores sincrotrões, o electroíman — dipolo — que produz o campo magnético de confinamento é constituído por vários elec- troímans mais pequenos em forma de semi- -coroa circular que, justaspostos, formam uma coroa circular fechada de raio r. Na figura 2a) está representado um electroíman em forma de coroa circular, e que produz um campo magnético vertical de fluxo constante. Neste exemplo, o grande electroíman de raio r é constituído por seis pequenos electroímans de comprimentos iguais. Como é necessário intro-
Uma partícula carregada de carga q sob a acção de um campo magnético constante tem uma trajectória circular inscrita no plano perpendicular às linhas de campo, figura 1. O raio da trajectória é proporcional à energia e inversamente proporcional à intensidade do campo magnético:
mv^1^ E^ [GeV] r [m] = [S/l^ =
V
qB (^) 1 - —v^2 B [Tesla] c 2
(/- = raio de ciclotrão)
em que E é a energia total da partícula e B é a intensidade do fluxo do campo magnético de confinamento. (Os parêntesis rectos na fórmula (3) indicam o sistema de unidades em que os cálculos são efectuados e a abreviatura SI
duzir equipamento ao longo da trajectória circular das partículas, por exemplo, para as acelerar, deslocam-se radialmente os elec- troímans para uma distância R, figura 2b). À distância R > r os electroímans são ligados por tubos ocos — câmaras de vácuo. No inte rior dos pequenos electroímans as partículas têm uma trajectória curvilínea inscrita num arco de circunferência de raio igual ao raio de ciclotrão r. Nas secções rectas a trajectória das partículas é rectilínea.
médio do SPS é de 1100 m enquanto que o seu raio de ciclotrão é de 225 m, para campos magnéticos nos dipolos de 2 Tesla e protões com a energia de 450 GeV. No acelerador HERA, em que se utilizam magnetos supercon dutores, o campo dos dipolos atinge os 4, Tesla e, para aproximadamente a mesma cir cunferência que o SPS, atinge-se o dobro da energia. A estrutura de base de um acelerador sin- crotrão é a indicada na figura 2b), em que as secções rectas são usadas para a introdução de outro equipamento como sejam bombas de vácuo, estruturas de aceleração (cavidades de radiofrequência), magnetos de focagem, detec- tores, etc.. Nos grandes aceleradores o número de magnetos que justapostos formam uma coroa circular pode ser muito grande. O SPS tem 744 magnetos dipolares, cada um com 6, metro de comprimento, correspondendo a um ângulo de deflexão de 0,48 grau por magneto. No LHC (em projecto), utilizam-se 1760 dipo los magnéticos supercondutores com 9,9 metro de comprimento, o que corresponde a um ângulo de deflexão de aproximadamente 0, grau por magneto. Têm-se assim, no LHC, 17,5 kilómetros de dipolos magnéticos e 10 kilómetros de secções rectas.
Figura 2 — (a) Eleclroíman em forma de coroa circular e de raio de curvatura igual ao raio de ciclotrão r. As partículas carregadas sáo confinadas pelo campo magnético produzido entre os pólos do electroíaman. (b) O electroíman em forma de coroa circular foi selecciona- do em seis electroímans mais pequenos que são afastados radialmente para uma distância média R. Os pequenos elec troímans são ligados por tubos ocos — câmaras de vácuo — por onde circulam as partículas ao longo da órbita de referência, indicada a tracejado na figura.
3.2. Aceleração
Uma partícula ao atravessar uma região em que se estabelece um campo eléctrico uniforme é acelerada proporcionalmente à intensidade do campo e no sentido das suas linhas de força. Um campo eléctrico uniforme pode ser ge rado usando um condensador. Aplicando uma diferença de potencial entre duas placas parale las de um material condutor gera-se um campo eléctrico na direcção perpendicular às placas, figura 3a). O processo mais simples de acele rar uma partícula é então forçá-la a atravessar
O raio médio de um acelerador (R) é agora bastante maior que o raio de ciclotrão (r) pois é necessário afastar os electroímans mais pequenos para a introdução de outro equipamento, figura 2. Por exemplo, o raio
Nos grandes aceleradores utilizam-se várias cavidades que são introduzidas ao longo das secções rectas. O SPS, por exemplo, tem ape nas três cavidades de radiofrequência, enquanto que o LEP tem 32. Além da finalidade óbvia que é acelerar as partículas, a energia fornecida pelas cavidades de radiofrequência vai compensar a energia perdida pelas partículas nos dipolos, pois uma partícula relativista ao percorrer uma trajectória circular perde energia por radiação. Por exem-, pio, electrões com a energia de 1 GeV, ao cir cularem num acelerador com um campo de confinamento nos dipolos de 1 Tesla, perdem, por radiação de sincrotrão, a energia de 10 MeV por volta completa, a que corresponde um decréscimo do raio de ciclotrão de 1 milímetro por volta completa. Este efeito será analisado em mais detalhe na secção 4.1.
Figura 4 — (a) Princípio óptico da focagem por gradiente alternado. (b) Esquema dos pólos magnéticos de um quadrupolo de desfocagem horizontal (ou de focagem vertical). (c) Focagem de um feixe de partículas pelo método do gra diente alternado. Com esta técnica conseguem-se focagens mais efectivas em regiões muito pequenas.
3.3. Focagem
Ao circularem na rede de dipolos, secções rectas e cavidades de radiofrequência de um acelerador, as partículas carregadas desviam-se da órbitra central dando origem, ao fim de algumas voltas, à colisão do feixe se partículas com a parede da câmara de vácuo. Para evitar a destruição dq feixe ou dos aglomerados de partículas é necessário introduzir um meca nismo de focagem, à semelhança do que acon tece com os feixes de luz nos sistemas ópticos. Como se sabe, a maneira mais eficaz de focar um feixe de luz é através de uma sequência alternada de lentes convergentes e divergentes, figura 4a). Cada par de lentes convergente-divergente é mais efectivo no mecanismo de focagem do que sequências de lentes convergentes. Da mesma maneira, o pro cesso mais eficaz de focar um feixe de partículas carregadas é através de uma suces são alternada de lentes magnéticas convergen tes e divergentes — focagem por gradiente al ternado. Nos aceleradores circulares, pode-se corrigir a órbitra das partículas que se desviam da trajectória de referências através de sequên cias de pares de magnetos quadrupolares, figura 4b).
Representa-se esquematicamente na figura 4c) o efeito combinado de gradiente alternado. Mais uma vez, os pares de quadrupolos de gradiente alternado são introduzidos nas sec ções rectas.
Se uma partícula se afasta da trajectória de refe rência, ao passar por um quadrupolo de desfocagem horizontal ela é acelerada transversalmente na direcção horizontal contrária à da órbitra de referência. Em seguida, se a partícula encontra um quadrupolo de focagem horizontal, ela é focada mais fortemente na direcção da órbita de referência, pois a força quadru- polar é proporcional ao desvio em relação à órbita central. Como os quadrupolos de focagem horizontal são também quadrupolos de desfocagem vertical ver tical e vice versa, um par de focagem horizontal de gradiente alternado funciona como par de focagem vertical de gradiente alternado, figura 4b).
Num aglomerado de partículas que circula ao longo da estrutura de lentes magnéticas de
úm acelerador, nem todas as partículas têm o mesmo momento linear, sendo necessário focar também em momento. Isto consegue-se com pares de sextupolos de gradiente alternado que são colocados ao longo das secções rectas. Podemos agora juntar toda os efeitos dis cutidos até aqui, obtendo-se a figura 5 onde se representa o diagrama esquemático de um ace lerador sincrotrão. As várias estimativas que temos vindo a fazer sobre os aceleradores sin- crotrões estão condensadas na tabela 1.
Acelerador SPS^ LEP
Partículas DP^ e*e'
Energia^450 x^450 GeV^50 x^50 GeV Velocidade das partículas 2,9999934^ x^10 8 m^ s^1 2,999999997x1^0 8 ms^1 Circumferência 6,9^ km^ 26,7^ km
Raio de ciclotrão^225 m^3100 m
Ralo médio^1100 m^4250 m
Número de dlpolos^744 Comprimento dos dlpolos 6,26^ m 35,01^ m Campo nos dlpolos^2 Tesla^ 0,135^ Tesla Ângulo de deflexão nos dlpolos 0,48* 0,74* RF (^) Número de quadrupolos 216 468 Número de cavidades / de^ radiofrequéncla^332 / r Frequência da k- * (^) partícula síncrona 43,3 kHz 11,24 kHz •» Frequência da cavidade de radiofrequéncla 200 MHz^352 MHz Energia radiada por volta (radiação de sincrotrão) 0,39^ x^ 10',0^ GeV 0,18^ GeV
Tabela 1 Detector RadiaçãoSincrotrão de
4.1. Radiação de Sincrotrão
Figura 5 — Componentes principais de um acelerador sin crotrão de gradiente alternado incluindo: seis dipolos, uma cavidade de radiofrequència, pares de magnetos quadru- polares de gradiente alternado e um detector. Está ainda indicada uma linha para extracção de um feixe de radiação de sincrotrão.
Como resultado da aceleração radial a que estão sujeitas as partículas ao passarem nos dipolos que as força a seguir uma trajectória curvilínea, os electrões e os positrões emitem radiação electromagnética (feixes de luz). Essa radiação, designada por radiação de sincrotrão, por ter sido detectada pela primeira vez neste tipo de aceleradores, só é observável se a velocidade da partícula ou a curvatura da sua trajectória é suficientemente elevada. Cada partícula, ao radiar, perde uma quan tidade de energia que, ao fim de uma volta no acelerador, é dada por
4. Para que servem os aceleradores
Os aceleradores de partículas estão a ser utilizados cada vez mais como fontes de radia ção de sincrotrão, devido às vastas aplicações que têm vindo a ser descobertas, nos últimos trinta anos, para este tipo de radiação. No próximo parágrafo faremos uma pequena descrição sobre os mecanismos de produção da radiação de sincrotrão e dão-se seguidamente alguns exemplos das suas aplica ções.
6.034 x 10-' (^8) E [GeV] y
A E [GeV] « ( [GeV/c1]) (4)
r [m] (^) m
Os primeiros aceleradores usados na indústria inserem-se no primeiro destes grupos. Entre as suas principais aplicações incluem-se as que usam a técnica de implantação iònica através da qual determinadas espécies de ióes são acelerados para serem introduzidas a uma profundidade específica no material bombar deado. Deste modo, é possível, por exemplo, dopar com grande precisão um substrato semi condutor. Esta é uma das técnicas mais usadas para fabricar circuitos integrados, embora ulti- mamente tenha vindo a ser substituída pelo uso da radiação de sincrotrão. A implantação iónica é também utilizada para aumentar a rigidez e a resistência de elementos sujeitos a grande esforço mecânico, como os rotores de máquinas e as juntas de algumas próteses artificiais. Outra utilização directa dos feixes de partículas é o bombardeamento de materiais cujas moléculas se pretende ionizar ou frag mentar, de modo a que se recombinem para obter novos materiais com diferentes carac- terísticas, nomeadamente maior insolubilidade em reagentes orgânicos, maior resistência ao calor, ao fogo, à fadiga ou à deformação e maior resistência biológica. Usando este pro cesso, fabricam-se produtos tais como tuba gens, materiais têxteis, revestimentos de tinta e de verniz e isolamentos para cabos eléctricos, capazes de suportar condições bastante adver sas: radiação intensa, humidade elevada, altas temperaturas, meios químicos de elevada rea- gência, etc.. Os feixes de partículas podem ainda ser usados para ajudar a eliminar produtos quimi camente estáveis como os detergentes; ajudar a purificar gases industriais, por aceleração de reacções químicas com outros produtos (por exemplo, enxofre ou azoto, aos quais se adicionou amónia antes de serem irradiados); ajudar a preservar e esterilizar uma grande variedade de produtos, como os esgotos, os produtos médicos (seringas, luvas, etc.) e a comida (fresca ou já confeccionada), evitando os produtos químicos e praticamente não cau sando danos aos produtos tratados; incinerar os
de aceleradores que produzem radiação de sin crotrão seja um dos campos de aplicação que mais rapidamente se tem desenvolvido.
4.2. Aceleradores na Medicina e na Indústria
Para se construírem e se manterem em operação aceleradores cada vez maiores e mais sofisticados, foi necessário desenvolver e aperfeiçoar várias tecnologias que têm vindo a ser aproveitadas para outras aplicações além da investigação fundamental em física nuclear e física de partículas. O grau de desenvolvimento tecnológico entretanto atingido permitiu aumen tar a sua fiabilidade e eficiência, ao mesmo tempo que o seu custo foi significativamente reduzido. Este facto possibilitou estender a sua utilização a outros campo. É assim que, hoje em dia, estão em funcionamento, em cons trução ou em projecto um grande número de aceleradores dedicados exclusivamente a fins industriais e hospitalares. A par destas utiliza ções, há ainda a assinalar o uso de acelera dores noutros ramos da ciência como a astrofísica, a física dos materiais e da matéria condensada, a química e a biologia. Muitas novas áreas de utilização tèm sido propostas ou estão já a ser testadas. Os aceleradores industriais e hospitalares podem ser divididos em dois grandes grupos, conforme o uso que se faz as partículas por eles produzidas. Num primeiro grupo, as partículas são utilizadas directamente para bombardear alvos, alterando-lhes assim algu mas das suas propriedades físicas e químicas, nomeadamente a sua radioactividade, rigidez, resistência à corrosão e ao atrito, condutivi- dade eléctrica, comportamento catalítico, etc.. Num segundo grupo, as ^partículas, electrões ou positrõés, são usadas indirectamente, como fonte de radiação de sincrotrão. Em ambos os casos, os aceleradores utilizados são de dimen sões bastante reduzidas quando comparadas com os grandes sincrotrões usados para a investigação em física de partículas.
resíduos radioactivos das centrais nucleares (existem vários projectos neste sentido); anali sar e datar amostras biológicas, arqueológicas e de arte (caso do Sudário de Turim); pesquisar petróleo e recursos minerais do subsolo; detec- tar explosivos. Finalmente, são de referir as aplicações no campo da medicina, onde para além da esterilização, os aceleradores estão na base de várias técnicas de diagnóstico (produ ção de rádio-isótopos para a Tomografia por Emissão de Positrões, PET), de terapia (tra tamento de tumores por irradiação, onde se destaca o uso recente de partículas pesadas como os piões, para minimizar os danos nos tecidos humanos saudáveis) e de cirurgia (radiocirurgia). A radiação de sincrotrão, cuja presença nos aceleradores usados em física de altas energias era vista como algo a evitar, veio a revelar-se como um instrumento de elevada utilidade e qualidade quando utilizada noutros campos. Inicialmente, a sua aplicação estava limitada ao aproveitamento da radiação parasita produ zida nos laboratórios de Física de Partículas. No entanto, cedo se projectaram e construíram aceleradores dedicados exclusivamente à produ ção da luz de sincrotrão. Actualmente, estão em construção algumas máquinas (ditas de ter ceira geração) em que se introduziram signi ficativos avanços tecnológicos que permitem armazenar feixes de partículas bastante intensos e fazê-los passar por estruturas magnéticas periódicas (onduladores) que obrigam as partículas a oscilar a frequências elevadas. Pro- duzem-se assim feizes de luz significativa- mente mais intensos e colimados, além de se obter uma completa separação entre as diversas frequências do espectro da radiação. As máquinas deste tipo actualmente em construção são o APS (Argonne, EUA), o ALS (Berkeley, EUA), o BESSY II (Berlim), o ESRF (Greno- ble), o ELETTRA (Trieste) e o STA (Japão). Á radiação de sincrotrão foi inicialmente usada apenas na física atómica e na espectros- copia. Mais tarde, puderam ser realizadas experiências sobre a absorção, reflexão, lumi
nescência e fotoemissão de diversos materiais, na região dos raios ultravioleta, e na cristalo grafia de proteínas é espectroscopia de absor ção por estruturas finas (EXAFS), na zona dos raios X. Actualmente, a radiação de sincrotrão constitui por si só um domínio especializado da ciência e da tecnologia, tendo sido desen volvidas várias técnias baseadas na sua utili zação. Outras técnicas desenvolvidas e envolvendo a luz de sincrotrão, incluem a espectroscopia com resolução temporal, a espectroscopia fotoelectrónica, a espectroscopia por absorção de raios X (EXAFS, etc.), a difração de raios X a pequeno e a grande ângulo, a topografia e a microscopia por raios X, a microtomografia e a calibração radiométrica de instrumentos ópticos de precisão (é o caso dos mais recen tes telescópios espaciais). Estas técnicas são já utilizadas em campos tão diversos como a aeronáutica, a medicina, a cerâmica, a farma cologia, a produção de aço, a protecção ambiental, a holografia, o tratamento de resíduos industriais e domésticos, a produção de materiais sintéticos e as indústrias química, automóvel, petrolífera e espacial. A litografia por raios X é hoje a única técnica conhecida capaz de produzir semicon dutores com pormenores de dimensões inferio res a 0,5 mícrons, prevendo-se que venha a substituir todas as outras técnicas de fabricação de circuitos integrados, dada a tendência para a compactificação destes. As fontes de luz de sincrotrão são as únicas fontes de raios X sufi cientemente colimadas para tomar esta técnica viável. A litografia permitiu também desenvol ver a micromecânica: aproveitando o elevado poder penetrante e a elevada resolução da radiação de sincrotrão e, usando máscaras apropriadas, é hoje possível fabricar estruturas metálicas como turbinas e rodas dentadas com dimensões entre Te 100 microns, e capazes de ser montadas e postas em movimento. Espera- -se que um dia seja possível vir a construir assim motores e máquinas verdadeiramente microscópicos!
