Este mês conversamos com o Marcos André Gaspar, brasileiro, carioca e colaborador há quase 18 anos do Paul Scherrer Institute (PSI), simplesmente o maior instituto de ciências naturais e engenharia da Suíça. O instituto realiza pesquisas de ponta e suas principais áreas são: matéria e materiais, energia e meio ambiente e saúde humana. No artigo anterior, falamos como o PSI revolucionou o tratamento do câncer com a próton terapia. Se quiser saber mais, clique aqui para ler.
O Paul Scherrer Institute opera um amplificador de Fonte de Luz Suíça (Swiss Light Source – SLS), um síncrotron de 3ª geração usado para acelerar partículas à velocidade da luz. Para melhorar a frequência de amplificação, foi desenvolvido um Amplificador com Rádio Frequência. O principal objetivo do projeto é melhorar a eficiência a qualquer momento do processo. Nosso entrevistado de hoje é responsável por este projeto! São mais de 12 mil linhas de código de programação escritas exclusivamente pelo Marcos.
Swiss Light Source (SLS) no Paul Scherrer Institut
Está preparado(a) para conhecer o Marcos um pouquinho mais? Vem com a gente!
Museu WEG: Olá Marcos, estamos curiosos! O que você faz no PSI? Como é o seu trabalho?
Marcos Garcia: Olá pessoal! Sou colaborador no PSI há cerca de 17 anos. Meu trabalho é com fontes de alta potência de rádio frequência sem MOSFET*. Isso quer dizer que são como transmissores de televisão, mas sem modulação. Precisando apenas da potência.
*MOSFET (Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de Óxido Metálico) é o tipo mais comum de transistores de efeito de campo em circuitos digitais ou analógicos.
Trabalho na área de análise fundamental da matéria. O meu acelerador, o SLS, tem o objetivo principal de ser utilizado como um grande microscópio. Os transmissores são otimizados quando é possível, e dependendo do componente que está gerando a alta potência de RF, ele para de funcionar na máxima eficiência possível! Porém, não há milagres e dificilmente é possível ter uma eficiência em 100%.
A eficiência perto de 100% com os motores elétricos e os inversores a MOSFET é bastante possível. Mas, neste trabalho, nem tanto. É que a eficiência típica possível de obter na frequência de interesse de 500MHz é de um pouco mais de 50%. Essa eficiência inclui tudo, dividindo a potência de saída de RF pela potência consumida da tomada da rede de 50Hz.
Os transmissores que temos por aqui são todos a base de válvulas. Em frequências mais baixas, como 50MHz e 72MHz, utilizamos Tetrodos. Em frequências mais altas, como 500MHz, 3GHz, e outras, utilizamos Klystrons. Temos transmissores em modo contínuo (CW) e em modo pulsado. O transmissor com o qual trabalho é um sistema de modo contínuo, resultado de um estudo que fiz há alguns anos sobre a visibilidade da substituição de válvulas por MOSFETS tipo LDMOS na frequência de 500MHz. Esse estudo se transformou numa tese de doutorado que defendi em setembro de 2014.
No mesmo trabalho, fizemos uma candidatura para um projeto do governo federal suíço. Nosso projeto foi aceito e foi o maior projeto do laboratório até hoje. Aproximadamente 1 milhão de dólares. Com esse financiamento, o projeto se viabilizou e eu pude construir o sistema. O projeto foi um sucesso e está em operação no acelerador SLS hoje.
Em seguida, a tecnologia do projeto foi transferida para uma empresa privada suíça que está produzindo transmissores baseados na tecnologia desenvolvida por mim. Este ano, já estão entregando alguns sistemas para laboratórios diferentes no mundo.
Museu WEG: Qual é a sua história profissional até chegar onde está hoje?
Marcos: Minha história profissional começou no Rio de Janeiro, na UFRJ. Por lá, sempre tivemos uma ligação, mesmo que pequena, com o CERN em Genebra e com o CEA em Paris. O que fez meu caminho natural ser a Europa, da qual gosto imensamente. Há quase 18 anos, eu me candidatei a uma posição aqui no PSI e fui aceito, o que sedimentou esse relacionamento eterno com aceleradores.
Museu WEG: Quais os projetos mais legais que você já participou, ou participa, trabalhando com aceleradores de partículas?
Marcos: Qualquer trabalho com aceleradores é interessante e me fascina. Mas, definitivamente o projeto da minha vida foi o Amplificador com Rádio Frequência. O mais espetacular, na minha opinião, é que fiz o projeto todo sozinho. Todos as partes desse projeto foram desenvolvidas por mim, sem nenhuma ajuda externa. Os projetos mecânico, elétrico, eletrônico, software, alta frequência, alta potência, controle, data-acquisition and monitoring, etc…. Desenvolvi todos esses subprojetos também, completamente sozinho. O software tem mais de 12 mil linhas de programa. Tudo também escrito por mim. E o sistema funciona hoje completamente autônomo sem nenhuma intervenção humana.
O principal objetivo do projeto é melhorar a eficiência a qualquer momento do processo. Foram aplicados correntes diretas, controladores de energia e tecnologias de análise digital e analógica para ajustar as voltagens e tornar o processo completamente independente e automático. A eficiência chega a 50% e ele possui frequência 2x maior que a tecnologia existente, mas com um tamanho menor. Esse é, sem dúvida, o maior sucesso da minha vida.
