Laboratório Nacional de Brookhaven

O Laboratório Nacional de Brookhaven (BNL) é um laboratório nacional do Departamento de Energia dos Estados Unidos localizado em Upton, Long Island, e foi formalmente estabelecido em 1947 no local do Camp Upton, uma antiga base do Exército dos EUA e campo de internamento japonês. Seu nome deriva de sua localização na cidade de Brookhaven, aproximadamente 60 milhas a leste da cidade de Nova York. É administrado pela Stony Brook University e pelo Battelle Memorial Institute.

A pesquisa no BNL inclui física nuclear e de alta energia, ciência e tecnologia energética, meio ambiente e biociência, nanociência e segurança nacional. O campus de 5.300 acres contém várias grandes instalações de pesquisa, incluindo o Relativistic Heavy Ion Collider e a National Synchrotron Light Source II. Sete Prêmios Nobel foram concedidos por trabalhos realizados no Brookhaven Lab.

Visão geral

As operações do BNL são supervisionadas por um escritório local do Departamento de Energia, contam com aproximadamente 2.750 cientistas, engenheiros, técnicos e pessoal de apoio e recebem 4.000 investigadores convidados todos os anos. O laboratório é guardado por um Departamento de Força Protetora de Energia, possui corpo de bombeiros de serviço completo e possui CEP próprio (11973). No total, o laboratório abrange uma área de 5.265 acres (21 km²) que coincide principalmente com o vilarejo de Upton, Nova York. O BNL é servido por um ramal ferroviário operado conforme necessário pela New York and Atlantic Railway. Co-localizado com o laboratório está o escritório de previsão do Serviço Meteorológico Nacional em Upton, Nova York.

Principais programas

Embora originalmente concebido como um centro de pesquisa nuclear, a missão do Brookhaven Lab se expandiu bastante. Seus focos agora são:

• Física nuclear e de alta energia
• Física e química dos materiais
• Investigação ambiental e climática
• Nanomaterials
• Investigação energética
• Não proliferação
• Biologia estrutural
• Física do acelerador

Operação

O Brookhaven National Lab era originalmente propriedade da Comissão de Energia Atômica e agora é propriedade do sucessor dessa agência, o Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE). O DOE subcontrata a pesquisa e a operação para universidades e organizações de pesquisa. Atualmente é operado pela Brookhaven Science Associates LLC, que é uma parceria igualitária da Stony Brook University e do Battelle Memorial Institute. De 1947 a 1998, foi operado pela Associated Universities, Inc. (AUI), mas a AUI perdeu seu contrato após dois incidentes: um incêndio em 1994 no reator de feixe de alto fluxo da instalação que expôs vários trabalhadores a radiação e relatórios em 1997 sobre um vazamento de trítio nas águas subterrâneas de Long Island Central Pine Barrens, onde fica a instalação.

Histórico

Fundações

Após a Segunda Guerra Mundial, a Comissão de Energia Atômica dos EUA foi criada para apoiar pesquisas sobre energia atômica em tempos de paz patrocinadas pelo governo. O esforço para construir um reator nuclear no nordeste americano foi promovido em grande parte pelos físicos Isidor Isaac Rabi e Norman Foster Ramsey Jr., que durante a guerra testemunharam muitos de seus colegas da Universidade de Columbia partirem para novos locais de pesquisa remotos após a partida do Manhattan. Projeto de seu campus. O esforço deles para abrigar este reator perto da cidade de Nova York foi rivalizado por um esforço semelhante do Instituto de Tecnologia de Massachusetts para ter uma instalação perto de Boston. O envolvimento foi rapidamente solicitado a representantes de universidades do nordeste ao sul e oeste da cidade de Nova York, de modo que esta cidade ficasse em seu centro geográfico. Em março de 1946, foi criada uma corporação sem fins lucrativos composta por representantes de nove grandes universidades de pesquisa – Columbia, Cornell, Harvard, Johns Hopkins, MIT, Princeton, Universidade da Pensilvânia, Universidade de Rochester e Universidade de Yale.

Dos 17 locais considerados no corredor Boston-Washington, Camp Upton, em Long Island, acabou sendo escolhido como o mais adequado em termos de espaço, transporte e disponibilidade. O campo foi um centro de treinamento do Exército dos EUA durante a Primeira e a Segunda Guerra Mundial. Após a última guerra, Camp Upton não foi mais considerado necessário e tornou-se disponível para reutilização. Foi concebido um plano para converter o acampamento militar em um centro de pesquisa.

Em 21 de março de 1947, o local de Camp Upton foi oficialmente transferido do Departamento de Guerra dos EUA para a nova Comissão de Energia Atômica dos EUA (AEC), antecessora do Departamento de Energia dos EUA (DOE).

Pesquisa e instalações

Histórico do reator

Em 1947, começou a construção do primeiro reator nuclear em Brookhaven, o Brookhaven Graphite Research Reactor. Este reator, inaugurado em 1950, foi o primeiro reator construído nos Estados Unidos após a Segunda Guerra Mundial. O Reator de Feixe de Alto Fluxo operou de 1965 a 1999. Em 1959, Brookhaven construiu o primeiro reator dos EUA especificamente adaptado para pesquisa médica, o Reator de Pesquisa Médica Brookhaven, que funcionou até 2000.

Histórico do acelerador

Em 1952, Brookhaven começou a usar seu primeiro acelerador de partículas, o Cosmotron. Na época, o Cosmotron era o acelerador de maior energia do mundo, sendo o primeiro a transmitir mais de 1 GeV de energia a uma partícula. O Cosmotron foi aposentado em 1966, depois de ter sido substituído em 1960 pelo novo Alternating Gradient Synchrotron (AGS). O AGS foi utilizado em pesquisas que resultaram em 3 prêmios Nobel, incluindo a descoberta do neutrino do múon, o quark charm e a violação do CP.

Em 1970, o BNL iniciou o projeto ISABELLE para desenvolver e construir dois anéis de armazenamento de prótons que se cruzam. A inauguração do projeto ocorreu em outubro de 1978. Em 1981, com o túnel do acelerador já escavado, problemas com os ímãs supercondutores necessários para o acelerador ISABELLE paralisaram o projeto, e o projeto acabou sendo cancelado em 1983.

A Fonte Nacional de Luz Síncrotron funcionou de 1982 a 2014 e esteve envolvida em duas descobertas ganhadoras do Prêmio Nobel. Desde então, foi substituído pela Fonte Nacional de Luz Síncrotron II.

Após o cancelamento de ISABELLE, o físico do BNL propôs que o túnel escavado e partes do conjunto magnético fossem usados em outro acelerador. Em 1984, foi apresentada a primeira proposta para o acelerador agora conhecido como Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC). A construção foi financiada em 1991 e o RHIC está operacional desde 2000. Um dos dois únicos colisores de íons pesados em operação no mundo, o RHIC é, em 2010, o segundo colisor de maior energia, depois do Grande Colisor de Hádrons. O RHIC está alojado em um túnel de 3,9 km de comprimento e é visível do espaço.

Em 9 de janeiro de 2020, foi anunciado por Paul Dabbar, subsecretário do Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA, que o projeto eRHIC do BNL foi selecionado em vez do projeto conceitual apresentado pelo Thomas Jefferson National Accelerator Facility como o futuro Colisor de elétron-íon (EIC) nos Estados Unidos. Além da seleção do local, foi anunciado que o BNL EIC adquiriu o CD-0 (necessidade de missão) do Departamento de Energia. O projeto eRHIC do BNL propõe a atualização do Colisor Relativístico de Íons Pesados existente, que colide feixes de íons leves com íons pesados, incluindo prótons polarizados, com uma instalação de elétrons polarizados, para serem alojados no mesmo túnel.

Outras descobertas

Em 1958, cientistas de Brookhaven criaram um dos primeiros videogames do mundo, Tennis for Two.

Em 1968, os cientistas de Brookhaven patentearam o Maglev, uma tecnologia de transporte que utiliza levitação magnética.

Principais instalações

• Coletor de íons pesados Relativistic (RHIC), que foi projetado para pesquisar plasma quark-gluon e as fontes de rotação de próton. Até 2009 foi o mais poderoso colisor de íons pesados do mundo. É o único colisor de prótons poliarizados por rotação.
• Centro para Nanomaterials Funcionais (CFN), usado para o estudo de materiais nanoescala.
• National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), a mais recente instalação de usuário de Brookhaven, abriu em 2015 para substituir a National Synchrotron Light Source (NSLS), que havia operado por 30 anos. A NSLS esteve envolvida no trabalho que ganhou o Prêmio Nobel de Química de 2003 e 2009.
• Alternando Gradient Synchrotron, um acelerador de partículas que foi usado em três dos prêmios Nobel do laboratório.
• Facilidade de teste de acelerador, gera, acelera e monitora feixes de partículas.
• Tandem Van de Graaff, uma vez o maior acelerador eletrostático do mundo.
• Recursos da Ciência Computacional, incluindo o acesso a um supercomputador da série Blue Gene massivamente paralelo que está entre os mais rápidos do mundo para a pesquisa científica, executado conjuntamente pelo Brookhaven National Laboratory e Stony Brook University.
• Edifício de Ciência Interdisciplinar, com laboratórios únicos para estudar supercondutores de alta temperatura e outros materiais importantes para enfrentar desafios de energia.
• NASA Laboratório de Radiação Espacial, onde os cientistas usam feixes de íons para simular raios cósmicos e avaliar os riscos da radiação espacial para viajantes e equipamentos do espaço humano.

Contribuições externas

É um parceiro contribuinte para o experimento ATLAS, um dos quatro detectores localizados no Grande Colisor de Hádrons (LHC). Atualmente está operando no CERN, perto de Genebra, na Suíça.

Brookhaven também foi responsável pelo projeto do anel acumulador SNS em parceria com a Spallation Neutron Source em Oak Ridge, Tennessee.

Brookhaven desempenha um papel em uma série de projetos de pesquisa de neutrinos em todo o mundo, incluindo o Experimento de Neutrinos do Reator Daya Bay na China e o Experimento de Neutrinos Subterrâneos Profundo no Laboratório Nacional do Acelerador Fermi.

Acesso público

Para eventos públicos que não sejam aprovados, o Laboratório está fechado ao público em geral. O laboratório está aberto ao público vários domingos durante o verão para passeios e programas especiais. O programa de acesso público é conhecido como 'Domingos de Verão' e acontece em julho e apresenta uma mostra de ciências e um tour pelas principais instalações do laboratório. O laboratório também hospeda feiras de ciências, competições de ciências e robótica para escolas locais, além de palestras, concertos e palestras científicas para a comunidade local. O Laboratório estima que a cada ano melhora a educação científica de cerca de 35.000 alunos do ensino fundamental e médio em Long Island, mais de 200 alunos de graduação e 550 professores de todos os Estados Unidos.

Controvérsia e limpeza ambiental

Em janeiro de 1997, amostras de águas subterrâneas coletadas pela equipe do BNL revelaram concentrações de trítio que eram duas vezes maiores que os padrões federais permitidos para água potável – algumas amostras coletadas posteriormente eram 32 vezes maiores que o padrão. Descobriu-se que o trítio estava vazando do reservatório de combustível irradiado do reator de feixe de alto fluxo do laboratório para o aquífero que fornece água potável para os residentes próximos do condado de Suffolk.

A investigação do DOE e do BNL sobre este incidente concluiu que o trítio vinha vazando há 12 anos sem o conhecimento do DOE ou do BNL. A instalação de poços que poderiam ter detectado o vazamento foi discutida pela primeira vez pelos engenheiros do BNL em 1993, mas os poços não foram concluídos até 1996. A controvérsia resultante sobre o tratamento do vazamento de trítio pelo BNL e os lapsos percebidos no DOE a supervisão levou à rescisão da AUI como contratante do BNL em maio de 1997.

A responsabilidade por não ter descoberto o vazamento de trítio em Brookhaven foi reconhecida pelos gerentes do laboratório, e o DOE admite que não supervisionou adequadamente as operações do laboratório. As autoridades de Brookhaven trataram repetidamente a necessidade de instalar poços de monitoramento que teriam detectado o vazamento de trítio como uma baixa prioridade, apesar da preocupação pública e do acordo do laboratório em seguir as regulamentações ambientais locais. O escritório de supervisão local do DOE, o Grupo Brookhaven, foi diretamente responsável pelo desempenho de Brookhaven, mas não responsabilizou o laboratório pelo cumprimento de todos os seus compromissos regulatórios, especialmente o seu acordo para instalar poços de monitoramento. A liderança sénior do DOE também partilhou a responsabilidade porque não conseguiu implementar um sistema eficaz que incentivasse todas as partes do DOE a trabalharem em conjunto para garantir que os empreiteiros cumprissem as suas responsabilidades em questões ambientais, de segurança e de saúde. Responsabilidades pouco claras em matéria de ambiente, segurança e saúde têm sido um problema recorrente para a gestão da DOE.

Desde 1993, o DOE gastou mais de US$ 580 milhões na remediação da contaminação do solo e das águas subterrâneas no local do laboratório e concluiu vários projetos de alto nível. Estas incluem o descomissionamento e descontaminação do Reator de Pesquisa de Grafite de Brookhaven, a remoção de sedimentos contaminados com mercúrio do Rio Peconic e a instalação e operação de 16 sistemas de tratamento de águas subterrâneas dentro e fora do local que limparam mais de 25 bilhões de galões de águas subterrâneas desde 1996.

Pouco depois de ganhar o contrato para operar o laboratório em 1997, a BSA formou um Conselho Consultivo Comunitário (CAC) para aconselhar o diretor do laboratório sobre projetos de limpeza e outros itens de interesse para a comunidade. O CAC representa uma gama diversificada de interesses e valores de indivíduos e grupos que se interessam ou são afetados pelas ações do Laboratório. É composto por representantes de 26 organizações locais empresariais, cívicas, de educação, meio ambiente, funcionários, governo e saúde. O CAC define a sua própria agenda, traz à tona questões importantes para a comunidade e trabalha para fornecer recomendações consensuais à gestão do Laboratório.

Prêmios Nobel

Prêmio Nobel de Física

• 1957 – Chen Ning Yang e Tsung-Dao Lee – leis de paridade
• 1976 – Samuel C. C. Ting – partícula J/Psi
• 1980 – James Cronin e Val Logsdon Fitch – CP-violação
• 1988 — Leon M. Lederman, Melvin Schwartz, Jack Steinberger – Muon neutrino
• 2002 – Raymond Davis, Jr. – Energia solar

Prêmio Nobel de Química

• 2003 – Roderick MacKinnon – Canal Ion
• 2009 – Venkatraman Ramakrishnan e Thomas A. Steitz – Ribosome