domingo, 29 de agosto de 2010

O fim do Hélio

 No dia 24 de agosto foi publicado no jornal "O Globo" uma matéria que inicialmente foi veiculada no jornal "The Independent" sobre o fim do hélio (a matéria pode ser lida no Jornal da Ciência). Isso está ocorrendo devido ao fato que os Estados Unidos, donos da maior reserva desse elemento, resolveram há alguns anos privatiza-la e por isso o preço do hélio ficou muito baixo, não estimulando a sua reciclagem.

Eu sou um usuário de hélio líquido há muito tempo.  Ele é o principal insumo da minha pesquisa. Como estudo as propriedades magnéticas de materiais desde temperaturas muito baixas e com altos campos magnéticos, o hélio é de fundamental importância. 

O hélio é encontrado no subsolo, em especial e jázidas de petróleo. Ele ficou preso na Terra durante o seu período de formação, pois como ele é um gás nobre ele não se liga com nenhum outro átomo. Todo hélio existente ou foi formado no início do universo, durante o evento do Big-Bang ou  no interior das estrelas pelo processo de fusão nuclear.

O hélio é o único elemento que não fica sólido em pressão atmosférica. Nos primórdios da aviação ele era usado para os grandes dirigíveis e o encontramos nos balões que as crianças tanto gostam. Mas  a sua maior aplicação atualmente é como líquido criogênico. O hélio fica líquido na temperatura de 4,2 K  (aproximadamente 270 graus Celsius negativos). Dessa maneira, ele é largamente utilizado para resfriar materiais para que se possa observar o aparecimento de propriedades magnéticas ou supercondutoras. Uma das mais importantes aplicações práticas é que em baixas temperaturas grande parte dos materiais se transforma em supercondutores.

Os supercondutores tem a propriedade especial de transportar corrente elétrica sem que ocorra a disspação de energia, bem como expulsar  campos magnéticos de seu interior. Essas duas propriedades leva a aplicações interessantes. A primeira permite construir bobinas para gerar altos campos magnéticos, uma vez que como não há dissipação de energia, é possível aplicar altas correntes  em uma bobina supercondutora e em seguida remover a fonte, pois a corrente permanecerá indefinidamente fluindo. Além disso, pode-se projetar bobinas para atingirem altos campos magnéticos, centenas de milhares de vezes mais intensos do que o campo magnético da Terra.

As bobinas supercondutoras são utilizadas nas máquinas de tomografia por ressonância magnética nuclear, aplicadas na geração de imagens do interior do corpo. No caso da minha pesquisa, além de utilizar o hélio para resfriar os materiais e submetê-los à altos campos magnéticos, os sensores utilizados para detectar o magnetismo dos materiais utiliza um efeito supercondutor, chamado de efeito Josephson. O dispositivo chama-se SQUID (Superconductor Quantum Interferance Device - dispositivo supercondutor de interferência quântica).

No Brasil o custo do hélio é muito alto. Se paga tipicamente 15 doláres por litro. Por esse motivo aqui há a cultura de se reciclar o hélio. A saída será o desenvolvimento de novos mataterias e tecnologias que não necessitem hélio. Existem materiais supercondutores em temperaturas mais altas que a do hélio liquido, mas não suportam altas correntes, não sendo viáveis para a construção de bobinas para altos campos magnéticos.

7 comentários:

  1. Anônimo10:27 PM

    Gostei do texto, mas ficou sem explicar muito bem se realmente o hélio está acabando.

    Já ouvi falar que a agricultura entraria em colapso por causa do fim do fósforo (fosfato?); existiria também o fim do petróleo e outros. Então sempre fico na dúvida se estas estimativas são mesmo reais.

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  2. No caso do hélio omais importante é descobrir formas alternativas para o seu uso em larga escala. No caso das aplicações que usa supercondutividade seria a descoberta de materiais que sejam supercondutores em altas temperaturas.

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  3. André, torixoréu - MT.
    penso que o conteúdo do texto é muito interessante e esclarecedor da finalidade do gás nobre, hélio e por isso, deve ser mais divulgado para a sociedade. ainda sobre o documento quero saber como é o processo da reciclagem do hélio e por que os supercondutores não dissipa energia,posso concluir que a resistividade não existe nesses materiais?

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  4. Olá André
    O processo de reciclagem do hélio consiste em utilizar compressores para comprimir o gás e levá-lo até a temperatura que ele se liquifaz (aproximadamente 4.2K ou -270 C)
    Um supercondutor permite que a corrente circule por ele sem que ocorra a dissipação de energia. Além disso, ele não permite que ocorra a penetração de campo magnético no inteiror do supercondutor, gerando o efeito Messiner. Mais detalhes veja esse post do blog:
    http://pordentrodaciencia.blogspot.com/2008/05/os-segredos-que-o-frio-esconde.html

    Um abraço
    Adilson

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  5. Anônimo3:52 PM

    Sr. Adilson, saberia me dizer uma maneira alternativa para se refrigerar um semicondutor a 4 K, ou próximo disso?

    Obrigado - Marco A.Marques

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  6. Caro Marco
    Atualmente a alternativa é utilizar sistemas de ciclo fechado de Hélio, no qual o custo fica muito baixo. Contudo esses sistemas fechados são um pouco caros ainda. De fato, usar hélio líquido como sistema refrigerante, sem recuperá-lo é como usar gelo em casa. Os sistemas fechados são como geladeiras atuais.

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  7. Anônimo5:06 PM

    Sr Adilson, Obrigado por responder...
    Mais uma pergunta apenas..

    Estes sistemas fechados ou "geladeiras de Hélio", saberia estimar o custo de uma delas?
    Ou quem vende no Brasil?

    Seria para algo muito pequeno, 2 Cm cúbicos de área, no caso, um transistor de microondas, que dissiparia no máximo 10 miliwatts...

    Comercialmente seria algo como deste fabricante?
    http://www.janis.com/Products/productsoverview/4KCryocooler.aspx

    Obrigado ....
    Marco A. Marques.

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