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Entrevista: o brasileiro que está há 17 anos trabalhando com aceleradores na Suíça

Este mês conversamos com o Marcos André Gaspar, brasileiro, carioca e colaborador há quase 18 anos do Paul Scherrer Institute…

19 de dezembro de 2018
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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.

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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

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.

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Como a terapia de prótons está mudando a maneira como tratamos o câncer

Dezembro já está chegando, mas assuntos como o #OutubroRosa e #NovembroAzul não podem ficar para trás. A ciência e tecnologia…

29 de novembro de 2018
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Dezembro já está chegando, mas assuntos como o #OutubroRosa e #NovembroAzul não podem ficar para trás. A ciência e tecnologia vêm trazendo avanços incríveis para minimizar os efeitos do tratamento e combater o câncer. Hoje falaremos sobre um método incrível com contribuição de um dos maiores aceleradores de partículas do mundo.

O PSI, Instituto Paul Scherrer, tem décadas de experiência na área de terapia de prótons e já ajudou mais de 8.000 pacientes com câncer. Anos atrás, com contribuições pioneiras, como o desenvolvimento de uma nova técnica de irradiação – a chamada spot scanning -, os pesquisadores do PSI revolucionaram a terapia com prótons. Com a introdução desta técnica, o tratamento tornou-se tão preciso e de baixo risco que médicos em cada vez mais países estão usando a terapia de prótons para tratar pacientes com câncer.

Isso porque, com spot scanning, até mesmo tumores em partes do corpo que estão próximos a estruturas críticas sensíveis à radiação podem ser tratados. Entre estes estão, por exemplo, certos tumores cerebrais, como meningiomas, tumores na região do ouvido-nariz-e-garganta, tumores próximos à medula espinhal e vários tipos de tecido conjuntivo e tumores ósseos.

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PSI Institute e SLS: síncrotron 3ª geração, em operação desde 2000 na Suíça

Ao contrário da radioterapia tradicional, que utiliza fótons para irradiar e matar células tumorais, a terapia de prótons é uma forma avançada de tratamento. Algumas das vantagens deste tratamento são:

– Menos radiação fora do tumor

– Menos efeitos colaterais

– Menor risco de transtornos induzidos

– Melhor qualidade de vida durante e após o tratamento do câncer

Disponível em 40 centros médicos ou hospitais localizados na Ásia, Europa, Estados Unidos e África do Sul, a hadronterapia — nome dado a essa abordagem terapêutica contra o câncer

—já foi empregada em aproximadamente 112 mil pessoas nos últimos 20 anos.

Particle Therapy Systems: como funciona a Próton Terapia

A terapia de prótons se baseia em feixes de prótons ou de íons de carbono que, acelerados a até 225 mil metros por segundo, penetram no interior do corpo humano praticamente sem causar danos ao tecido biológico atravessado.

Quase toda a energia desse fluxo de partículas subatômicas eletricamente carregadas é canalizada para o exato momento e lugar em que prótons ou íons cessam de se movimentar. Esse ponto de parada pode ser controlado com precisão milimétrica e direcionado para um tumor, que, assim, receberá uma dose de energia concentrada maior do que a atualmente fornecida pela radioterapia convencional. Nesta abordagem terapêutica contra o câncer, é grande a chance das células com tumor, e quase exclusivamente elas, morrerem em razão da radiação ionizante. (Fonte: Revista Pesquisa FAPESP)

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Aplicação Particle Therapy Systems

Para explorar as possibilidades dessa forma de radioterapia, os centros médicos precisam de um cíclotron, aceleradores circulares de partículas responsáveis por colocar prótons ou íons na velocidade adequada para uso clínico.

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Equipamento de terapia por partículas (repare no tamanho do paciente, ao centro)

A vantagem desta máquina, é que o feixe disparado é incrivelmente potente e preciso – atinge apenas o tumor, sem danificar as células que estão em volta

03Exemplos de aplicação e precisão de tratamento por partículas

Reparou na imagem acima como a radioterapia convencional não consegue “parar” o feixe de luz, que passa para outras partes do corpo? Já, no caso da terapia de prótons, a precisão milimétrica que os feixes penetram no corpo humano param exatamente na área do tumor, sem que outras partes sejam afetadas. Ou seja, com menos desgaste ao corpo do paciente. Infelizmente essa tecnologia ainda não chegou ao Brasil. Mas esperamos muito vê-la por aqui! =)

Se quiser saber ainda mais sobre a terapia de prótons, convidamos você a acessar o site do PSI

Imagem de capa: PSI, Instituto Paul Scherrer.

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aceleradores-de-partículas

Conheça os tipos de aceleradores de partículas e o que eles fazem

Falamos aqui sobre o Projeto Sirius, um dos mais sofisticados aceleradores Síncrotron do planeta que está sendo construído em Campinas/SP….

30 de julho de 2018
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#acelerador de elétrons, #acelerador de partículas, #acelerador de prótons, #aceleradores de partículas, #ess, #psi, #sirius,

Falamos aqui sobre o Projeto Sirius, um dos mais sofisticados aceleradores Síncrotron do planeta que está sendo construído em Campinas/SP. Mas hoje, vamos falar sobre os outros tipos de aceleradores de partículas. Afinal, o que eles fazem e qual a finalidade do seu uso por pesquisadores científicos?

simulação

Simulação: Projeto Sirius

Apesar do conceito de “acelerar partículas” existir há muito tempo e de certo modo ser comum para pesquisadores, para a população em geral isso não passa de um mistério. Por isso, resolvemos falar um pouco mais sobre essa grande revolução no mundo da ciência.

Aceleradores de partículas
Eles são laboratórios gigantes. Por fora, parecem grandes túneis, que podem ser retos ou em forma de anel e ter vários quilômetros de extensão. Dentro deles, as partículas que compõem os átomos – como prótons e elétrons – são aceleradas a velocidades próximas à da luz para que elas possam bombardear núcleos atômicos estáveis.

A utilização desse tipo de equipamento é muito importante, afinal de contas, somente com ele é possível quebrar partículas incrivelmente densas e milhões de vezes menores que o átomo.

Existem diversos tipos de aceleradores de partículas, como: Aceleradores de elétrons (o Sirius e o Max IV), Colisores de Partículas (como o CERN) e os Aceleradores de Prótons (como o PSI e o ESS).

Aceleradores de Elétrons
Quando elétrons são acelerados até velocidades próximas a da luz e têm a sua trajetória desviada por um campo magnético, eles emitem uma luz com alto brilho que penetra a matéria e revela a estrutura atômica de materiais.

Atualmente, há um acelerador de elétrons instalado no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas/SP. Ele já serviu como base para milhares de pesquisas em áreas como medicina, biologia, química, física e ciências de materiais.

Colisores de Partículas
A Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, conhecida como CERN é o maior laboratório de física de partículas do mundo, localizado em Meyrin, na fronteira Franco-Suíça e o LHC também é um dos maiores.

Ele consiste em um amplo túnel circular, com uma circunferência de 27km, enterrado sob uma camada média de 100 metros de terra e rochas. O termo colisor diz respeito ao fato do aparato ser usado para acelerar prótons em direções opostas, para colidirem e mostrarem quais partículas resultam do processo.

Fonte da imagem: Reprodução/Neatorama

Fonte da imagem: Reprodução/Neatorama

Aceleradores de Prótons

Existe um laboratório de acelerador de prótons no ESS (European Spallation Source), e o PSI (Paul Scherrer Institut) que possui um Centro de Terapia de Prótons.

É interessante como este tipo de tecnologia promove o conhecimento em outras áreas. Os aceleradores de prótons são muito úteis para tratamentos de câncer. Muitos dos componentes utilizados em aceleradores de partículas também são aplicados em equipamentos de tomografia, em menor quantidade, tamanho e precisão do que em um acelerador de partículas, mas com construção e princípio de funcionamento muito próximos.

Ou seja, existem muitos profissionais e cientistas em laboratórios gigantescos de aceleradores de partículas pelo mundo que estão pesquisando e descobrindo coisas sobre a nossa saúde, sobre a nossa existência e sobre a matéria. O que é essencial para nossa constante evolução e para o descobrimento de curas para doenças, por exemplo.

Se você quiser saber mais sobre o projeto Sirius, laboratório de aceleradores de elétrons de Campinas, acesse aqui.

Fonte: Mundo Educação, Mundo Estranho e Neatorama

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