Criogenia no Departamento de Física dos Materiais e Mecânica da USP
Em baixas temperaturas excitações térmicas são suprimidas, e a matéria tende a ocupar o estado de mínima energia. A resposta de um material tão frio a estímulos externos revela seu espectro de excitações elementares, que determina os processos que operam no seu interior. Um exemplo é a supercondutividade – a condução de corrente sem nenhuma dissipação de calor. Os supercondutores podem ser explorados para submeter a matéria a campos magnéticos extraordináriamente grandes, para gerar a descoberta de fenômenos surpreendentes, tal como o Efeito Hall Quântico.
Para produzir baixas temperaturas, é necessário um refrigerante. O hélio é um refrigerante ideal, pois é químicamente inerte, tem temperatura de ebulição baixa, e é o único elemento que permanece líquido quando a temperatura se aproxima do zero absoluto, em pressão atmosférica. Porém, o hélio é caro. Apesar de ser um dos elementos mais abundantes no Universo, perdendo apenas para o hidrogênio, na Terra as reservas de hélio diminuem com o passar do tempo. Devido à sua baixa densidade, o gás hélio sobe na atmosfera e escapa para o espaço cósmico. Por outro lado, a demanda mundial de hélio líquido cresce continuamente, fazendo aumentar o seu preço ainda mais.
Consciente do extraordinário potencial da pesquisa em baixas temperaturas, em 1961 Mário Schenberg criou a primeira planta de liquefação de hélio no Brasil, a denominada Oficina de Criogenia, abrigada no Departamento de Física dos Materiais e Mecânica (DFMT)1, 2 . Este patrimônio precisa ser preservado e modernizado.
A Oficina de Criogenia liquefaz hélio para os laboratórios de pesquisa do DFMT, de outros Departamentos do Instituto de Física, e de outras Instituições. O gás hélio gerado nos laboratórios é devolvido para a Criogenia, onde é liquefeito novamente. Neste ciclo uma fração de hélio se perde. Para tornar o uso do hélio viável, é imprescindível minimizar a fração perdida. Cabe à Criogenia implementar procedimentos para reduzir as perdas de reciclagem.
Para otimizar os processos relacionados ao setor, a equipe da criogenia tem implementado mudanças. Uma importante novidade, tanto do ponto de vista conceitual quanto do ponto de vista operacional, está no cadastramento da criogenia no USP-multi, a plataforma de instalações multiusuário da USP. As normas internas do setor, bem como a equipe gestora e o comitê de usuários foram aprovados pela Congregação do IFUSP em sua reunião do mês de Novembro de 2024. O CTA do IFUSP também aprovou um convênio com a empresa White Martins, que deve trazer sustentabilidade para o setor. No médio prazo, os ajustes no setor deverão alavancar as pesquisas criogênicas na USP e diminuir a perda de insumos no processo de reciclagem.
Para mais informações sobre a Oficina de Criogenia visite o site oficial da Criogenia.
1Sérgio Rezende, A Física no Brasil, p.118, Sociedade Brasileira de Física, São Paulo, 1987.
2Amélia Império Hamburger, Publicação da obra científica de Mário Schenberg, Instituto de Estudos Avançados da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002