Um novo acelerador de plasma do tamanho de alguns contêineres em vez de uma cidade foi desenvolvido por uma empresa privada sediada no Texas. A TAU Systems, com sede em Austin, desenvolveu um protótipo de acelerador de plasma em miniatura que poderia permitir que a tecnologia do acelerador de partículas fosse acessível para qualquer instituição que precise. Segundo a TAU, isso permitiria a criação de medicamentos personalizados, quebrar microplásticos e até eliminar resíduos nucleares.
“Ele tem o potencial de basicamente revolucionar a maneira como fazemos, por exemplo, coisas de química biomolecular”, disse Bjorn Manuel Hegelich, fundador e CEO da TAU. “A partir de vacinas, novas drogas, novas culturas, lixo, bactérias que comem plástico, [essa tecnologia tem] todos os tipos de aplicações.”
Os aceleradores de partículas geralmente usam campos eletromagnéticos para impulsionar partículas carregadas a velocidades e energias muito altas para uso em pesquisas. O maior acelerador atualmente em operação é o Grande Colisor de Hádrons (LHC) na Suíça, operado pelo CERN, que acelera dois feixes de prótons e colide-os de frente.
Este acelerador compacto gera poderosos raios-X usando lasers intensos para acelerar partículas elementares para perto da velocidade da luz, no entanto, em vez de em torno de um círculo como visto no LHC, esta máquina compacta faz isso em linha reta.
“Estamos basicamente tomando um acelerador de partículas normal, que é do tamanho de um campus, certo, mas agora com nossa tecnologia podemos encaixá-lo em uma sala”, disse Hegelich.
“Quero dizer, ainda vai ser uma grande máquina no que diz respeito às máquinas. Mas vai ser dezenas de metros em vez de quilômetros, e vai ser dezenas de milhões de dólares em vez de bilhões. Assim, torna-se muito mais acessível a uma gama muito mais ampla de instituições e empresas. E assim, podemos ter muito mais pessoas acessando essas ou outras ferramentas incríveis e ajudá-las a usá-las.”
O LHC mede cerca de 17 milhas em circunferência. Espera-se que os aceleradores da TAU, em contraste, não medissem mais do que alguns contêineres de transporte. “O CERN acelera prótons e antiprótons, enquanto as máquinas que estamos olhando, pelo menos para começar, estaremos nos concentrando em elétrons”, disse Hegelich.
“O que limita você em um acelerador de partículas convencional é que você precisa construí-lo a partir de algo: você constrói a estrutura acelerada a partir do metal, e então você coloca um campo elétrico naquela estrutura metálica e no campo elétrico é o que acelera as partículas. Agora você só pode fazer esse campo tão forte: em um certo ponto, ele será tão forte que agora começa a danificar a estrutura do acelerador e vai começar a danificar o metal. Estamos usando um plasma.
“Um plasma é quando você arranca todos os elétrons dos átomos: uma vez que você fez isso, não há realmente nada mais que você possa fazer para danificá-lo mais do que isso. Então o laser gera um campo elétrico tremendamente forte. E isso significa que podemos fazer a distância sobre a qual aceleramos muito menor.” Esses raios-X permitem que os pesquisadores olhem para sistemas em nível molecular, permitindo a análise de proteínas e novos medicamentos.
“Você pode atingir sua proteína com raios-X muito brilhantes, e os raios-X realmente destruirão a proteína. Antes de destruir a proteína, você tem todas as informações sobre a estrutura, e você pode medir isso”, disse Hegelich. “Com um laser de elétrons livre de raios-X, agora você pode inserir proteínas que você normalmente não pode medir.” A TAU espera que esse acelerador compacto torne esse tipo de análise mais acessível à comunidade científica.
Os aceleradores atualmente só podem acelerar elétrons para o tipo de velocidades necessárias para esta aplicação. No entanto, a TAU espera eventualmente ser capaz de acelerar os prótons, o que requer mais energia, mas poderia permitir que eles sejam usados para descartar com segurança resíduos nucleares.
Atualmente, os elementos pesados produzidos pelas reações de fissão nuclear em usinas nucleares são descartados através de serem colocados em recipientes que são então colocados em túneis e selados com rochas e argila. Este resíduo nuclear é composto principalmente de urânio, mas também outros elementos radioativos como isótopos de longa duração de tecnécio, neptunium e plutônio. Bombardeando esses átomos pesados com prótons, você pode transformar um elemento em outro.
“Você pode transmutá-lo para um elemento diferente para que você possa pegar um isótopo de resíduos nucleares de longa duração e transmutá-lo, transformá-lo em um de curta duração”, disse Hegelich. “A física disso é bastante clara. Fazemos isso há décadas em um acelerador, não há dúvida de que isso pode ser feito, isso está sendo feito em experimentos de física nuclear o tempo todo.”
No entanto, isso só seria viável se a quantidade de energia utilizada para se livrar dos resíduos fosse menor do que a gerada na produção dos resíduos, através da reação da fissão nuclear. Essas máquinas estão atualmente apenas na fase de protótipo, mas a TAU espera que nos próximos anos, seu primeiro acelerador totalmente operacional esteja disponível para os cientistas tomarem empréstimos.
“Temos um monte de protótipos: temos os protótipos de laboratório em meus laboratórios universitários e, em seguida, outras instituições acadêmicas com as que colaboramos. Então é aí que estamos fazendo o trabalho agora. E foi aí que demonstramos os princípios básicos”, disse Hegelich.
“E então temos nosso primeiro protótipo da empresa, basicamente em construção agora e que levará alguns anos ou três anos do contrato, construir a máquina e então esperamos ter uma primeira máquina completa com imagem e assim por diante, talvez cinco anos. Hegelich espera que cada acelerador custe entre US$ 10 milhões e US$ 20 milhões cada, ficando mais barato com o tempo e o desenvolvimento.
“O primeiro provavelmente será como todo protótipo primeiro é mais caro. Mas uma vez que você começa a fazer muitos deles, eu acho que tipo de baixo de US $ 10 a US $ 20 milhões de alcance, dependendo do tamanho. E lá estaremos talvez até abaixo da faixa de 10 milhões de dólares. Então, uma faixa de alguns milhões de dólares para apenas imagens de raios-X de, digamos, peças impressas em 3D, peças metálicas, e assim por diante.”
Por enquanto, a TAU diz que seu maior desafio é encontrar pessoas qualificadas para trabalhar neste campo nascente. “Ainda é um campo relativamente novo e estamos competindo por pessoas com as maiores e mais renomadas instituições acadêmicas do mundo.”