IMAGEM POR RESSONÂNCIA MAGNÉTICA

Na medicina, a supercondutividade é usada em equipamentos geradores de imagem, como os de ressonância magnética.
A ressonância magnética é a propriedade física exibida por núcleos de determinados elementos que, quando submetidos a um campo magnético forte e excitados por ondas de rádio em determinada frequência(Frequência de Lamor), emitem sinal de rádio, o qual pode ser captado por uma antena e transformado em image. O núcleo mais simples é o do hidrogênio, o qual consiste em um único próton. Os prótons e os nêutrons têm uma propriedade chamada spin ou momento angular que nada mais é do que uma rotação similar à rotação da Terra sob o seu próprio eixo.

 A imagem por ressonância magnética (IRM) é o método de diagnóstico por imagem não-invasivo mais sensível para avaliar partes moles, particularmente o encéfalo, porém trata-se de uma técnica onerosa. Ela apresenta grande potencial diagnóstico, poucos efeitos deletérios e muitos benefícios a serem obtidos com o seu uso. Além disso, a IRM fornece informações anatômicas acuradas, imagens em qualquer plano do corpo, bom contraste e resolução espacial e por si só pode sugerir um diagnóstico. Porém, não permite um diagnóstico histológico específico e deve ser interpretada em contexto com outros achados clínicos e patológicos.

Apesar de o estudo da física da ressonância magnética ser um assunto árido e difícil, ele é de fundamental importância na interpretação das imagens e por isso é preciso que os seus princípios básicos sejam entendidos. Esta revisão teve como objetivos mostrar as bases físicas da RM e propiciar mais conhecimento aos veterinários.

Os aparelhos de ressonância magnética, assim como os trens flutuantes (MAGLEV) e alguns aparelhos utilizados no estudo de materiais utilizam os campos magnéticos. As outras aplicações mais comuns se valem do efeito Meissner.

Os prótons existentes nos tecidos humanos sofrem um tipo de ressonância conhecido como ressonância nuclear (fenômeno físico em que se registra a transferência de energia de um sistema oscilante para um núcleo de um átomo, quando a freqüência do primeiro coincide com uma das freqüências próprias do segundo) quando submetidos a campos magnéticos (gerados por bobinas supercondutoras) e absorvem uma dada quantidade de energia mais elevada, ficando em estados excitados.

A remoção do campo magnético aplicado faz com que os prótons retornem aos seus estados originais, liberando a energia acumulada sob a forma de ondas eletromagnéticas que são facilmente detectadas pela aparelhagem eletrônica. Formando assim as imagens por ressonância magnética

Na medicina são utilizadas as aplicações de SQUID (superconducting quantum interference device) com as junções Jesephson, através de bibinas supercondutores para a obtenção de imagens de alta resolução por resoonância magnética. Os SQUID são formados por dias junções Josephson ligadas em paralelo e possibilitam a medição de campos magnéticos muito fracos, equivalentes a 10-15 T, que permitem diagnosticar anomalias através de exames do coração, cérebro, órgãos  e outras partes do corpo humano.

            Para compreender melhor, a ressonância magnética façamos uma analogia da seguinte forma: na sua cabeça há vários pequenos “transmissores de rádio” (os spins dos núcleos de hidrogênio das moléculas de água). Em uma unidade de IRM, esses pequenos “rádios” podem ser estimulados a transmitir suas posições, gerando uma representação detalhada do interior da sua cabeça.

“Como Funciona a Ressonância Magnética – Parte 1”

http://www.youtube.com/watch?v=YeVHTjMwVTo&feature=player_embedded

“Como Funciona a Ressonância Magnética – Parte 2”

http://www.youtube.com/watch?v=gxQIDDID5Pk&feature=relmfu

A teoria BCS: Um aspecto da supercondutividade.

Em 1950, o cientista alemão Fröhlich demonstrou que a interação elétron- fônus (quantum de vibração da rede cristalina) poderia ocasionar uma ligação entre dois elétrons. Segundo seu pensamento, tudo indicava que a interação entre os elétrons deveria ser sempre repulsiva, mas a experiência e o trabalho realizado mostrou que não era apenas isso que ocorria, haveria ter uma força atrativa e repulsiva entre os elétrons.

A parti daí, um trabalho semelhante foi desenvolvido por Bardeen que deu um passo seguinte para deixar claro a força de atração entre dois elétrons no interior de uma rede cristalina. O terceiro passo para elaboração foi dado por Leon Cooper, que demonstrou por certas condições, que o gás de Fermi (formando por elétrons normais) tornar-se instável possibilitando a formação de pares de elétrons ligados (hoje conhecidos como pares de Cooper). A teoria BCS recebeu um impulso final, com um famoso trabalho de seus três autores: John Bardeen, Leon Neil Cooper e John Robert Schrieffer, que deixou evidente que a teoria deles, é uma teoria de caráter microscópica, moderna destinada a explicar os principais fenômenos físicos associados com a supercondutividade (em que ocorre uma interação primordial com a mecânica quântica e a física do estado solido).

O que caracteriza a teoria BCS, é seu aspecto central da atração do elétron no estado fundamental. Ocorre quando um elétron interage com a uma rede cristalina e sua deformação, fazendo com que o segundo elétron entre em contato com essa rede e faça uso dessa deformação para reduzi sua energia (nesse processo fica implícito a propriedade fundamental da supercondutividade, que a resistência é desprezível, ou seja, considerada   nula *.)

Desta forma, como a teoria explica a maioria dos fenômenos, ela foi aceita pelas academias de ciências do mundo, conferindo em 1972 o premio Nobel de física, a estes três físicos que embasaram a teoria BCS (Bardeen, Cooper e Schrieffer) sobre a supercondutividade.

* Nota: Esta é considerada nula, pois seu valor é extremamente pequeno. Desta forma, pode-se dizer que é nula. No entanto há que considera em alguns casos esta perola de energia não havendo tal perola por mínima que seja os processos irreversíveis deixaria de existe, contradizendo a segunda lei da termodinâmica, a lei da entropia. Tanto que em supercondutividade, há ainda uma resistência mínima denominada resistência persistente (nota dos autores).

Trem Maglev Cobra

Pode parecer coisa de filme de ficção, mas é o mais novo e revolucionário projeto do Instituto Nacional de Tecnologia (INT), no Rio de Janeiro. Engenheiros e projetistas do INT já começaram a trabalhar na fabricação do primeiro protótipo de trem urbano de levitação magnética. Batizado de Maglev Cobra, ele foi concebido pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Aos especialistas do INT coube desenhar o trem e montar a carroceria desse revolucionário e ecologicamente correto meio de transporte do futuro próximo.

O projeto, desenvolvido por pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), foi iniciado há dez anos e ganhou agora um protótipo do vagão em tamanho real. O próximo passo é a construção de uma linha de testes ligando dois prédios da cidade universitária, até o fim de 2010.

O trem se locomoverá “flutuando” sobre os trilhos, num sistema semelhante ao que acontece quando tentamos aproximar as extremidades opostas de dois ímãs: elas se repelem. A propulsão do Maglev, que terá capacidade para 28 passageiros, será feita por meio de forças magnéticas atrativas e repulsivas, ativadas por supercondutores. O moderníssimo trem flutuante viajará a uma velocidade máxima de 30 Km/h. Pode parecer pouco, mas é um belíssimo início para um projeto tão ousado.

Os primeiros testes com o Maglev serão feitos num percurso de cerca de 130 metros, no campus da UFRJ na Ilha do Fundão e devem acontecer a partir de março do ano que vem, quando ficará pronto o primeiro protótipo do trem. A carroceria do Maglev, de acordo com o desenhista industrial Álvaro Guimarães, responsável pelo projeto, será feita de fibra de vidro e resina de poliéster, o que torna o trem muito mais leve que um convencional.

Além disso, o projeto tem a grande vantagem de não poluir o ambiente, já que o “combustível” é apenas o magnetismo. Outro ponto a favor do Maglev é que ele pode utilizar linhas já existentes de trens convencionais e também de metrôs. Após os primeiros testes, os responsáveis pelo projeto pretendem fazer novos experimentos num circuito bem maior, num total de 4 Km. E o Governo do Estado do Rio de Janeiro já anunciou que, se tudo correr bem, construirá uma via para o trem flutuante, ligando os aeroportos Santos Dumont e Tom Jobim, e com o trem viajando a até 70 Km/h. 

Efeito Meissner

                                                               

Figura: 1 Demonstração da Levitação Magnética

O efeito Meissner é expulsão de um campo magnético de um supercondutor. Em 1933, os pesquisadores alemães Walther Meisser e Robert Ochsenfeld descobriram que um material na fase supercondutora repele o campo magnético. Comportamento muito estranho, pois o funcionamento de um motor elétrico e de um gerador elétrico está fundamentado no fenômeno da indução magnética, efeito identificado pelo inglês Michael Faraday em 1831. Um imã em movimento induz corrente elétrica em um circuito de um material condutor.

O que acontece é que o campo magnético produzido pelo imã é repelido pela corrente elétrica induzida no material supercondutor. O material na fase supercondutora se comporta como um espelho magnético, refletindo o campo magnético produzido pelo imã. Esse efeito, batizado de efeito Meissner é tão intenso que o imã levita sobre o material que está superconduzindo.

Explicando o fenômeno da levitação

Quando aproximamos o magneto do YBa₂Cu₃O₇, em estado supercondutor, ocorre o aparecimento de supercorrentes na superfície do material. Estas supercorrentes geram um campo magnético que se opõe ao campo magnético externo, tornando nula a indução magnética dentro do supercondutor. Na ausência de um campo ordenador, dentro do material, os pares de Cooper são mantidos. Os dois campos, o do magneto e o do supercondutor, causam uma repulsão, como dois pólos magnéticos do mesmo sinal. O supercondutor passa a agir como um espelho magnético. A levitação ocorre pois a força magnética, na superfície do supercondutor, é maior que a força peso, levando o ímã a subir até encontrar o ponto de equilíbrio.

A Fig. 8 mostra o comportamento das linhas de indução do magneto quando este está próximo do YBa₂Cu₃O₇, na temperatura acima da T_c, portanto, no estado normal.

Efeito Meissner. Disponível em: Revista Brasileira de Ensino de Física Print version ISSN 1806-1117 Rev. Bras. Ensino Fís. vol.26 no.1 São Paulo  2004 http://dx.doi.org/10.1590/S1806-11172004000100002 Acesso em 13 junho 20012. 

Resistencia nula do supercondutor

Supercondutividade é uma propriedade física, uma característica intrínseca de certos materiais, quando se arreferecem a temperatura extremamente baixa. Num supercondutor, contudo, vemos a resistividade indo à zero numa temperatura finita (acima do zero absoluto), chamada temperatura crítica Tc, Comportamento resistivo de um metal puro e de um metal contendo impurezas ou falhas na estrutura cristalina.

           As principais propriedades de um supercondutor são as baixíssimas resistências e diamagnetismo perfeito. O diamagnetismo foi descoberto por Faraday, que indicava a indução de um momento magnético em direção oposta a campo magnético indutor. No caso de um diamagnetismo perfeito a penetração do fluxo magnético no supercondutor resulta no aparecimento de uma corrente blindagem na superfície do mesmo. Num condutor normal uma corrente elétrica diminui rapidamente devido a resistência do material à passagem dessa corrente. Já os supercondutores conduzem eletricidade com praticamente nenhuma resistência, nada da energia elétrica é perdida quando ela flui através do supercondutor.

 A descoberta da supercondutividade aconteceu por acaso, quando, em um desses experimentos, Onnes observou que a resistência do metal mercúrio caía inesperadamente a zero perto da temperatura de 4 K. Com essa descoberta, uma nova classe de condutores foi desenvolvida: os materiais supercondutores. A supercondutividade se converteria assim em um dos fenômenos físicos mais fascinantes e desafiadores do século XX. Kammerlingh Onnes ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1913.