O ciclotron é um dispositivo que acelera partículas...

O ciclotron é um dispositivo que acelera partículas carregadas, como prótons, utilizando um campo elétrico alternado entre dois eletrodos semicirculares (“dees”) e um campo magnético uniforme perpendicular ao plano dos dees. Esse campo magnético força os prótons a seguirem uma trajetória circular, enquanto o campo elétrico os acelera a cada meio ciclo, aumentando progressivamente o raio da órbita até atingirem a energia desejada. A Figura 7 mostra um esquema adaptado da patente do ciclotron inventado por Ernest O. Lawrence.

Figura 7 — Diagrama adaptado da patente americana nº 1.948.384 de 1930 do ciclotron, mostrando o caminho em espiral que as partículas carregadas seguem.

Considere que você seja um docente de Física e está supervisionando uma simulação computacional no laboratório onde os alunos estão utilizando um modelo de ciclotron para estudar a produção de flúor-18 (¹⁸F), um radioisótopo usado em tomografia por emissão de pósitrons (PET). Durante a atividade, os alunos configuram o ciclotron com um campo magnético uniforme de intensidade B = 1,5 T e aceleram prótons até uma energia cinética de 11 MeV, visando à reação nuclear ¹⁸O(p,n)¹⁸F em um alvo de água enriquecida com ¹⁸O. No entanto um dos grupos relata que os prótons estão saindo da trajetória esperada, colidindo com as bordas dos eletrodos semicirculares (“dees”), o que pode comprometer a eficiência da produção do radioisótopo. O raio máximo da câmara do ciclotron é de 30 cm, e a carga do próton é q = +1,6 x 10^-19 C, com massa m₀ = 1,67 x 10^-27 kg. Sabe-se que a aproximação não relativística é válida para essa energia. Nessa situação, a fim de ajustar o experimento para corrigir a trajetória dos prótons e garantir a produção eficiente de ¹⁸F, considerando o papel da força magnética no confinamento das partículas, você deve orientar os alunos a