Marie Sklodowska Curie - 113 years post your Thesis defense

Exatos 113 anos da defesa de Doutorado da brilhante cientista Marie Sklodowska Curie, acontecida em 25 de Junho de 1903, após trabalhar arduamente para isolar e purificar o cloreto de rádio e assim determinar a massa atômica do elemento químico Ra como sendo 225 u.m.a.

Marie Curie figura a posição de única cientista a ser agraciada duas vezes com o Prêmio Nobel, a primeira em 1903 na área de Física e a segunda em 1911 na área de Química.

Para saber mais, acesse: Marie Curie - Biographical

Acesse a versão completa de sua tese "Recherches sur les substances radioactives".

EJEÇÃO DE MASSA CORONARIANA - Interferências nos sistemas eletrônicos da Suécia

Confirmada uma tempestade solar ontem que afetou gravemente os sistemas de geolocalização e comunicação dos aeroportos no norte da Europa, de forma mais evidente na Suécia. Ventos solares, como são chamadas as ondas de partículas e radiação provenientes de ejeções coronarianas da nossa estrela, são eventos relativamente comuns e cada vez mais intensos com o passar do tempo. Esse tipo de evento lança sobre os planetas uma imensa quantidade de radiação e partículas provenientes da superfície solar, no caso do planeta Terra, seus efeitos são intensamente barrados pelo campo magnético terrestre sem maiores problemas a vida no nosso planeta. Um dos eventos relacionados com a interação destes ventos solares e a nossa proteção magnética nas regiões da alta atmosfera/ionosfera são evidenciados pelas auroras.

Figura 1 - Cronologia do evento de ejeção de massa coronariana e gráfico de intensidade fluxo de raios X sob o planeta Terra. 

O último evento de ejeção solar atingiu a Terra ontem (04/11/2015) de forma intensa, tendo como resultado um conjunto de perturbações eletromagnéticas que provocaram alterações nos sistemas eletrônicos de comunicação na Suécia.

Vejam nas imagens da Figura 1 um conjunto de fotos que mostram a evolução da ejeção coronariana solar, com uma comparação entre um evento de intensidade média e uma imagem do evento mais intenso ontem (5ª imagem da esquerda para a direita).

É possível observar o aumento do fluxo de radiação (raios X) no gráfico à direita (Figura 1), momento relativo a máxima emissão correspondente a imagem comparativa e indicada por uma seta vermelha na curva.

Figura 2 - Distribuição de pressão de plasma sobre o campo magnético terrestre e a influência do ângulo de inclinação dos polos magnéticos na entrada de partículas e radiação de ventos solares na Terra.

Veja as imagens da distribuição de linhas de campo do nossos sistema magnético terrestre (Figura 2).

Dada a posição (ângulo de inclinação terrestre) em função do sol neste período do ano e dada a posição de inclinação do campo magnético da Terra, temos dois eventos importantes. A entrada de partículas e radiação pelos polos magnéticos (que são mais intensos, dada a imagem do globo em azul no gráfico da Figura 2) e a entrada pela cauda formada pela pressão de plasma no lado oposto do planeta, que coincide com a parte norte devido a época do ano.

Everton Bonturim

Novembro 05, 2015

Hidrogênio como vetor energético em uma matriz limpa e verde!

Atualmente, a sociedade vem se preocupando cada vez mais com os problemas ambientais causados pelo seu próprio desenvolvimento não sustentável. Com os avanços tecnológicos, também vieram as máquinas, as fábricas, os automóveis e, com tudo isso, o desejo de avançar cada vez mais. Esse tema nos remete ao foco da tecnologia de desenvolvimento de Células a Combustível (CaC), um sistema de geração de energia elétrica com baixa emissão de poluentes associada a uma alta eficiência se comparada ao motor a combustão, por exemplo. A necessidade de avançarmos no âmbito de geração e distribuição de energia se tornou uma tendência mundial e os estudos voltados para a melhora na produção de energia pode favorecer o sistema sustentável. A tecnologia de Células a Combustível (CaCs) é apresentada neste artigo como um instrumento de adaptação as nossas necessidades e demandas, contribuindo para o uso de recursos mais limpos e renováveis, tais como o Hidrogênio.

Acesse o artigo completo aqui

Robert Oppenheimer's letters

In the first letter, He's mentioning Bohr's visit at Berkeley and your wish to follow him. In the second one, he describes a quantum mechanical formula to rotational terms of diatomic molecules!

A M A Z I N G ! *-*

Seaborg's laboratory, where the plutonium was discovered

Dá pra imaginar que por trás dessas paredes, precisamente na última janela superior a direita, fora descoberto o elemento químico Plutônio?

Sem deixar qualquer pensamento maniqueísta contaminar o momento, a descoberta do plutônio é algo com o que devemos nos impressionar. Em 1940, o PI, Glenn Theodore Seaborg, para os íntimos apenas Seaborg, e sua equipe de pesquisadores descobriram traços de um elemento radioativo queposteriormente fora nomeado Plutônio.

Infelizmente usado em projetos nucleares nos USA durante a segunda-guerra mundial, como o famoso Projeto Manhattan, o plutônio teve sua utilização direcionada para bombas nucleares, mas também para reatores nucleares.

Sua descoberta deveu-se a experimentos de bombardeamento de elementos transurânicos com deutério em aceleradores de partículas do tipo cícloton aqui na University of California - Berkeley.

LHC restart back on track

Com o título "LHC restart back on track", notícia veiculada no portal do CERN trouxe novamente os olhos do mundo para o maior e mais elaborado experimento científico da história da física de partículas.

Nesta terça-feira (31), fomos informados pela equipe de operação do Large Hadron Collider - LHC que as tarefas de re-comissionamento e manutenção dos setores que compõem o anel de aceleração de prótons está quase concluído. No dia 26 de Março deste ano, um  problema técnico nos circuitos do dipolo principal dos setores 3-4 causou a paralisação dos procedimentos de injeção de feixe na linha. Depois de inúmeras verificações, constataram a presença de um pequeno pedaço de metal que estaria causando um curto-circuito entre o sistema do dipolo magnético e os diodos de proteção localizados próximos ao dipolo, como pode ser visto na imagem (Fig.1(b)) abaixo.

(a)                                                  (b)                                                  (c)

Figura 1 - Fotografias do setor 3-4 (a) onde ocorrem procedimentos de manutenção do LHC, em especial sobre o curto-circuito causado por um fragmento de metal localizado no compartimento de diodos de segurança (b) analisado com o uso de equipamentos de raios X (c).

Logo após realizarem uma análise da parte interna da caixa onde os diodos são dispostos (em um ambiente com hélio superfluido, chegando a uma temperatura de aproximadamente 1,8 Kelvin) com um equipamento de raios X (imagem abaixo), foi constatado a presença desse fragmento.

(a)                                                                          (b)

Figura 2 - Análises de raios X (a) são realizados na seção do tubo onde ocorreu o curto-circuito no sistema de segurança dos dipolos do setor 3-, evidenciando a posição dos fragmentos metálicos dentro do compartimento (b).

Algumas medidas foram estudadas para remover o pedaço de metal daquele local, uma ideia era aumentar o fluxo de hélio naquele setor para deslocar o fragmento da posição em que o mesmo causava contato entre a parede externa do tubo e os diodos, também era pensado, em último caso, abrir a caixa do sistema de proteção para remover o fragmento (o que exigiria a elevação da temperatura do sistema de ~2 Kelvin para algo próximo da temperatura ambiente) e isso causaria um grande atraso na agenda de manutenção e religamento do sistema, já que o processo de aquecimento e resfriamento deste setor poderia levar várias semanas, como citado no relatório da equipe do CERN, "Though the third option would allow direct access to the diode box, the warm-up, intervention, and subsequent cool-down would take around 6 weeks".

A sugestão aceita e implementada foi outra, os engenheiros sugeriram então passar uma corrente elétrica pelo sistema de proteção do dipolo com intensidade suficiente para fundir o pedaço de metal. Então o procedimento foi conduzido e com um pulso de corrente elétrica de quase 400 amperes em um intervalo de tempo de milissegundos promoveu a desintegração deste fragmento que causava o curto-circuito no sistema.

Tendo resolvido a questão, os cientistas retomaram o resfriamento do setor e já iniciaram os testes de passagem de corrente pelo circuito dos dipolos deste setor. Um planejamento cuidadoso é feito para reforçar o sistema de supercondutores, preparando-os para passagem de cerca de 11.000 amperes de corrente nesta nova fase de operação do LHC.

Agora o cenário se mostra mais instigante, com todas as configurações preparadas para atingir a gigantesca energia de 6,5 TeV (Teraelétron-volts) em cada feixe de prótons que percorrerá os mais de 27 Km de circunferência da linha do LHC em direções opostas a uma velocidade próxima a da luz, permitindo uma colisão de partículas com energia total de 13 TeV!

Este é um momento da ciência onde jamais alcançamos anteriormente, um ponto onde teremos energia suficiente para experimentar novas interações e comportamentos da matéria antes somente possível em estrelas e no famoso evento conhecido como Big Bang.

No período de 2010 a 2013 o grande colisor de hádrons operou com feixes de 4 TeV cada, permitindo colidir prótons com energia total de 8 TeV, nesse período grandes avanços e descobertas foram feitas no que diz respeito ao comportamento de subpartículas e produtos de suas colisões. Mas nada se compara ao grande feito da descoberta de sinais que permitem corroborar a teria da existência de um campo de interações formado por uma partícula elementar prevista por Peter Higgs e outros colaboradores há mais de 50 anos!

O famoso Bóson de Higgs, partícula prevista no Modelo Padrão, foi anunciado em 2012 na maior conferência de física de partículas do mundo, a ICHEP2012. Citado sob a seguinte frase:

 “We observe in our data clear signs of a new particle, at the level of 5 sigma, in the mass region around 126 GeV. The outstanding performance of the LHC and ATLAS and the huge efforts of many people have brought us to this exciting stage,”

Começamos a sustentar as ideias já previstas no modelo padrão e que fazem a física de partículas tornar-se nova em inúmeros aspectos técnicos!

Agora, aproveitando-me da expressão "com mais energia do que nunca", o LHC retornará suas atividades de colisão, permitindo explorarmos um mundo ainda desconhecido pela física experimental e teórica.

Pois então, que nos traga a face do conhecimento sobre nosso universo. Brilhe, LHC!

Everton Bonturim

The IAEA Nuclear Data App

Já que estamos imersos em novas tecnologias de comunicação, porque não aproveitá-las para ampliar nossos conhecimentos e meios para tal?

A Agência Internacional de Energia Atômica (do inglês, International Atomic Energy Agency - IAEA) elaborou e disponibilizou de forma GRATUITA o aplicativo Isotope Browser - IAEA Nuclear Data Section (disponível para plataformas Apple/IOS e Android).

Figura 1

Realmente é de se surpreender com a enorme quantidade de aplicativos disponíveis nas lojas virtuais para celulares, tablets e demais dispositivos móveis. Analisando esse nicho de acesso tecnológico,  o app da IAEA é basicamente um banco de dados para isótopos/radionuclídeos conhecidos atualmente que funciona como um livro de consultas interativo em seu celular.

Com a possibilidade de consulta de radionuclídeos pela tabela isotópica padrão (esq.) ou pelo elemento químico na tabela de elementos convencional (dir.), temos acesso as principais informações estruturais e de decaimento/emissão de um radioisótopo (fig. 2).

Figura 2

Interessante observar que em ambas as formas de apresentação, o aplicativo fornece o recurso de zoom (fig. 4), ainda bem não é? Como sabemos, a tabela de radionuclídeos é muito grande para ser analisada sem o recurso dos dois dedos (para fora) como conhecemos.

A busca por um nuclídeo específico resulta em uma tabela completa de detalhes sobre a espécie atômica desejada, seu número atômico, massa, energias e caminhos de decaimento, raio de carga entre outros detalhes que podem ser consultados em uma lista como aquela mostrada na figura 5.

O recurso de busca por número atômico (Z) ou símbolo do elemento químico também permite gerar uma imagem de localização deste elemento e seus respectivos isótopos na tabela de radionuclídeos, como é visto na figura 6.

Outras características do estudo de radioisótopos/nuclídeos tornam-se interessantes pela facilidade no uso deste que é o app de consulta desenvolvido pela IAEA. Uma rápida caminhada pelos recursos disponíveis no aplicativo o deixam ainda mais fascinante. Vale a pena conhecer e estudar ;)
Para os interessados no app, acesse sua App Store ou Google Play e baixe para experimentar. É gratuito! Maiores detalhes podem ser consultados por website nos links das lojas citadas acima.

Figura 3

Figura 4

 

Figura 5

Figura 6

Aos pesquisadores e estudantes da área nuclear, uma tabela completa com muitos detalhes sobre cada radionuclídeo pode ser consultada no site da agência pelo link Livechart.

Outras indicações de aplicativos acadêmicos são bem vindas no campo COMENTÁRIOS logo abaixo. ;)

NOBEL PRIZE 2014

NOBEL PRIZE 2014

*Physics* *Chemistry*

Prêmio Nobel de Química 2014

Desta vez o prestigiado prêmio foi atribuído ao desenvolvimento de técnicas de microscopia capazes de obter resoluções incrivelmente superiores aos microscópios comuns utilizados para visualização de estruturas biológicas por mecanismos de fluorescência.

Uma das técnicas mais conhecidas é a microscopia por emissão estimulada (STED, do inglês Stimulated Emission Depletion Microscopy), essa classe de microscópios opera com 2 fontes de luz laser capazes de excitar as amostras marcadas com substâncias fluorescentes diferentes e coletar imagens em pontos focais muito pequenos. Com base nos conceitos aplicados no STED, microscópios mais precisos foram criados, conhecidos como microscópios de fluorescência super resolvida (do inglês, Super-Resolved Fluorescence Microscopy), são eles as estrelas dessa premiação.

Com esses aprimoramentos tecnológicos, a microscopia alcançou a margem de observação de sistemas dinâmicos em escala nanométrica nos ramos da biologia e medicina!

Prêmio Nobel de Física 2014

Desde a primeira comercialização de uma lâmpada elétrica incandescente em 1879 por Thomas A. Edison, a sociedade vem desenvolvendo novas formas de gerar luz artificialmente. Atualmente conhecemos as lâmpadas de LED (do inglês, Light Emitting Diode), uma tecnologia baseada em materiais semicondutores capazes de emitir luz pela da passagem de corrente elétrica pela estrutura de materiais que são excitados e então desexcitados promovendo da emissão de luz visível por átomos presentes nessa estrutura.

O mérito desta premiação está na invenção do LED capaz de emitir luz na cor azul, o que era considerado muito complicado até 1980, ainda assim, durante a década de 1990 esse dispositivo passou a ser produzido de forma mais controlada e otimizada. O composto responsável por essa emissão na cor azul é o Nitreto de Gálio (GaN), sua característica natural é de ser um condutor do tipo n, contudo, quando dopado pode assumir a característica de um semicondutor do tipo p, quando dopado com átomos de magnésio Ga(1-x)N:(x)Mg ou um semicondutor do tipo n, quando dopado com átomos de silício Ga(1-x)N:(x)Si.

Os LEDs emissores de luz vermelha e verde já tinham sido descobertos, mas sem a fonte de emissão de luz azul não era possível obter a cor branca pela combinação dessas cores base. Com a descoberta da forma de construir um LED baseado em nitreto de gálio que emite no azul, foi possível desenvolver lâmpadas brancas com base dessa fonte de luz tão eficiente.

NanoLighting: O mundo dos nanomateriais aplicados a dispositivos emissores de luz

Por Everton Bonturim

Na busca pela melhora nos processos que usamos para converter energia elétrica em energia luminosa, os cientistas envolvidos na área de fotônica passam a olhar a matéria e a radiação como um combo cheio de vantagens. A partir de agora uma nova palavra acaba de entrar no seu vocabulário, NanoLighting pode ser definida como uma área de desenvolvimento científico e tecnológico com interesse em dispositivos e sistemas emissores de luz à base de nanomateriais. (Leia a publicação na íntegra)

Seguimos mexendo o caldeirão da alquimia moderna: o 117° elemento ~Ununséptio~ se torna oficialmente válido

Historicamente, a "descoberta" dos elementos químicos sempre foi alvo de grande importância aos cientistas que buscavam trazer novas informações ao mundo da alquimia. Já com um número razoável de elementos descobertos e com algumas de suas propriedades conhecidas, o brilhante químico russo Dmitri Ivanovich Mendeleev pôs-se a buscar uma forma elucidativa e lógica para organizar esse conjunto de elementos químicos, que por fim, nos trouxe uma tabela estruturada em 18 colunas e 7 linhas onde, lado a lado e numericamente crescente, os átomos eram ordenados por seu número atômico (Z).

Com o passar das décadas, novos elementos químicos eram descobertos por outros cientistas, dando-lhes grande prestígio e em alguns casos, a honra de terem seus nomes em alguns dos elementos, como o berquélio, einstênio, mendelévio, rutherfórdio, roentgênio etc. Nesses anos de evolução científica e tecnológica, aproveitamo-nos da própria essência da ciência para o desenvolvimento de técnicas de análise e equipamentos cada vez mais sofisticados, precisos e sensíveis que nos auxiliaram na descoberta de um mundo cada vez mais invisível aos olhos, um mundo onde as moléculas e os próprios átomos se tornaram muito grandes. O reino das subpartículas atômicas!

A estrutura da matéria pode chegar ao limiar do que o conhecimento humano já teve acesso experimentalmente e ultrapassar o que a teoria é capaz de prever e explicar por modelos físico-matemáticos. Nesse sentido, a física de partículas de altas energias se torna uma das áreas mais intrigantes e desafiadoras que a ciência pode apresentar. É incrível imaginar que aquela tabela periódica que passamos a conhecer no ensino médio é uma forma extremamente resumida das espécies atômicas que podemos ter no universo, nela temos apenas os elementos estáveis da natureza e aqueles poucos que podem ser produzidos artificialmente em grandes aceleradores de partículas. Veja na figura abaixo a verdadeira tabela que nos mostra todos os possíveis elementos e seus isótopos.

Observem atentamente que, na figura acima, cada quadrado com fundo preto é um elemento químico estável encontrado na natureza e os demais são isótopos (átomos com o mesmo número atômico, mas com massas diferentes) que podem ser formados a partir de vários tipos de reações nucleares. Um bom exemplo, que ampliei na imagem para melhor visualização, é o elemento químico carbono, ele tem dois isótopos estáveis, o carbono-12 e o carbono-13, e conta com outros 13 isótopos instáveis, dando um total de 15 formas diferentes do átomo de carbono que podem ser obtidos.

Se você olhar na tabela periódica convencional, vai perceber que o último elemento natural (disponível na natureza) é o urânio, esse elemento é tão pesado que a natureza não tem a capacidade de fornecer mais energia que aquela usada para manter sua estrutura nuclear integra, por isso os elementos mais pesados que ele, como seus sucessores netúnio, plutônio, férmio, laurêncio, seabórgio etc, só podem ser encontrados como produto de reações nucleares. 

Elementos químicos super-pesados

A ciência estuda os elementos químicos super-pesados, (do inglês, superheavy elements - SHE), há mais de 50 anos. As teorias que abordam os efeitos de camadas em núcleos super-pesados, com Z>114, passou a ser aceita com a evolução dos estudos teóricos da física relativística.

A síntese de elementos pesados e super-pesados é uma área de pesquisa que fascina seus discípulos e busca alcançar resultados nunca antes vistos pela comunidade, a implementação de grandes equipamentos e uma infraestrutura poderosa capaz de fornecer ambientes favoráveis à criação desses elementos por reações é o maior desafio das equipes que operam nos maiores aceleradores de partículas de todo o mundo.

Na ciência do século XXI, o laboratório mais importante para descobrir elementos novos é um acelerador de partículas. Atualmente já não podemos mais chamá-los de equipamento e sim de laboratório. Os aceleradores mais potentes do mundo ocupam áreas enormes em laboratórios embaixo da terra, como exemplo, o famoso e imponente Large Hadron Collider (LHC), operado e instalado nas dependências do The European Organization for Nuclear Research (CERN).

A busca pelos elementos com Z>114

A Rússia ganha muitos pontos por ter um grande avanço na área de estudos de elementos super-pesados. Uma das formas de se obter esses elementos é por reações em sistemas do tipo Dubna Gas-Filled Recoil Separator (DGFRS), do Laboratório de Reações Nucleares Flerov, em Dubna, na Rússia. Seguindo esse sistema de reações, alguns experimentos já puderam evidenciar a presença de elementos com Z>118. A União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) já havia aprovado a descoberta dos elementos de número atômico 114 e 116, oficialmente nomeados de flerovium (Fl) e livermorium (Lv), respectivamente.

A busca pelo elemento químico ununséptio com número atômico (Z) igual a 117 é um grande passo para o entendimento da formação dos elementos químicos e assim uma forma de complementar a tabela das espécies atômicas que podem existir, mesmo que por um espaço de tempo muito curto, no universo.

O elemento Z=117

Publicado na Physical Review Letters (112, 2014), os estudos de pesquisadores da Helmholtz Institute Mainz e colaboradores trazem a confirmação que tanto aguardavam para validar a descoberta do elemento ununséptio (Z=117), os pesquisadores já haviam divulgado a descoberta do elemento em 2010, mas para que o mesmo pudesse ser validado e oficialmente aceito pela IUPAC, eles precisavam que outras equipes pudessem reproduzir a descoberta, o que aconteceu finalmente.

As teorias que estudam e modelam a formação de núcleos super-pesados a partir de reações nucleares específicas nos indicam a formação de elementos com tempos de meia-vida (T1/2) altos, o que permite que estes elementos permaneçam estáveis por mais tempo antes de decaírem, isso dá origem ao que chamamos de "ilha de estabilidade". Essa característica foi verificada por estudos que demonstraram maior potencial de formação para reações induzidas por isótopos de cálcio com massa 48 (Ca-48) atirados contra alvos formados por elementos actinídeos.

As primeiras evidências dos isótopos deste elemento vieram de trabalhos em colaboração com a Rússia (DGFRS), as reações de fusão partiram de Ca-48 + Bk-249 (Ca-48, 3-4n), dando origem aos isótopos de massas 293 e 294 do elemento descoberto.

O experimento

O set-up do experimento foi feito em um sistema denominado gas-filled TrasnsActinide Separator and Chemistry Apparatus (TASCA), seguindo o esquema abaixo:

Na estrutura do sistema, foram montados 4 alvos com área de 6 cm² dispostos em um suporte circular que foi rotacionado sincronizadamente com o feixe. A média de intensidade do feixe foi de 4,7E12 s^-1 e as energias médias estimadas do feixe no centro dos alvos foram de Elab=252,1(21), 254,0(21) e 258,0(21) MeV.

No total, foram identificadas e correlacionadas 4 cadeias de eventos de decaimento nas energias trabalhadas, sendo duas cadeias de decaimento longo e 2 cadeias de decaimento curto. As cadeias de decaimento longo foram selecionadas nos estudos e podem ser vistas na representação abaixo.

É possível identificar que ambas as cadeias de eventos terminam em eventos de fissão espontânea, também é possível verificar que ocorreram 7 eventos de decaimento do tipo alfa até o produto de número atômico 103 (laurêncio, Lr-266). Na cadeia #1, os eventos de decaimento alfa foram medidos em períodos sem feixe, apenas o evento alfa de número 6 foi detectado durante a incidência de feixe aberto. Na cadeia #2, um total de 6 eventos de decaimento alfa e um evento de fissão espontânea foram detectados durante o período sem feixe.

Os cálculos teóricos e estatísticos envolvidos em experimentos como este são muito complexos e requerem um refinamento muito bem desenvolvido, todos os valores apresentam uma nível de confiabilidade que possa ser aceitável numa correspondência de experimentos de verificação. O trabalho publicado deixa evidente uma séries de análises, complementando toda discussão com dados colhidos e calculados das propriedades dos decaimentos dos produtos originados do isótopo 117-294, como pode ser visto na tabela abaixo:

Os estudos publicados indicam que os resultados obtidos das medidas de decaimento da evaporação de resíduos com Z>116, após reação nuclear, condizem com interações de Ca-48 com Bk-249 ou Cf-249, originando os isótopos 117 de massas 293 e 294 (117-293 e 117-294).

Com essa confirmação, passamos então a contar com uma tabela periódica mais completa e com maiores informações a respeito da formação de matéria no universo.

Publicação consultada:

KHUYAGBAATAR, J. et al. ⁴⁸Ca + ²⁴⁹Bk fusion reaction leading to elemento Z=117: Lond-lived α–decaying ²⁷⁰Db and discovery of ²⁶⁶Lr. Phys. Rev. Lett. (112) 172501, 2014.