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Acelerador de partículas Sirius: Orgulho Brasileiro!


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          Inaugurado nessa última quarta-feira (14), a primeira etapa do Sirius, o novo acelerador de elétrons do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campina, São Paulo, foi finalizada. Iniciado em 2012, o Sirius é o maior projeto científico no Brasil, englobando uma infraestrutura de pesquisa de última geração e estratégica para a investigação científica de ponta e para a busca de soluções para problemas diversos em áreas que vão de saúde e meio ambiente até materiais e energia. Será um laboratório aberto, no qual as comunidades científica e industrial terão acesso às instalações de pesquisa.

          Sirius já é o laboratório científico mais sofisticado da América Latina, e marca um importante passo para o Brasil na corrida pelo destaque no campo da ciência.

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   FUNCIONAMENTO

          O Sirius compreende um grande equipamento científico, composto por três aceleradores de elétrons, que têm como função gerar um tipo especial de radiação eletromagnética: a luz síncrotron. Essa luz, ou radiação, de altíssimo brilho é capaz de revelar estruturas, em alta resolução, dos mais variados materiais orgânicos e inorgânicos, como proteínas, vírus, rochas, plantas, ligas metálicas e outros. Essa radiação se estende por uma faixa ampla do espectro eletromagnético – luz infravermelha, ultravioleta e raios X, rádio, visível -, sendo produzida quando partículas carregadas (no caso, elétrons), e aceleradas a velocidades próximas à velocidade da luz (~300000 km/s) (1), tem sua trajetória desviada por campos magnéticos.


          Os elétrons dentro desse tipo de acelerador viajam a cerca de 299792 km/s e são forçados a seguir uma órbita circular dentro  dos túneis de síncrotron pela aplicação sincronizada de fortes campos magnéticos. Essa contínua variação forçada de direção na trajetória dessas partículas - contínua aceleração radial - leva à liberação de energia dos elétrons na forma de radiação eletromagnética, em uma faixa compreendendo a radiação síncrotron, a qual é 1 milhão de vezes mais brilhante do que o Sol. Dentre os comprimentos de onda compondo essa faixa (representando fótons em diferentes frequências), infravermelho e raios-X são canalizados em túneis separados ('beamlines') para fomentarem instrumentos de análise científica que serão utilizados pelos pesquisadores para investigarem compostos e materiais diversos, à nível atômico e molecular. Nessas análises, os componentes radiativos da luz síncrotron podem ser usados na forma de difração, espalhamento, espectroscopia (absorção) e escaneamento.

-> Estrutura e funcionamento:


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         A radiação síncrotron foi primeiro observada em eventos astronômicos, onde elétrons viajando a velocidades relativísticas e ultrarelativísticas formados em processos energéticos diversos, incluindo no meio de remanescentes de supernovas e em núcleos de galáxias, liberam radiações em diversas faixas. Essas radiações são detectadas por nossos telescópios terrestres e espaciais em comprimentos de onda geralmente do rádio (devido à perda de energia e efeitos relativísticos ao longo da trajetória). É também o fenômeno responsável pelas emissões ópticas no visível e no raio-X na Nebulosa de Câncer e possivelmente pelas emissões contínuas de raio-X e visível de quasares.



          Em resumo, as cinco principais vantagens da radiação síncrotron:

-> É intensa, permitindo análises científicas mais rápidas e com superior robustez estatística;

-> É altamente colimada (divergência na ordem de mrads), diminuindo a perda de radiação eletromagnética na sua passagem através de componentes ópticos em direção à amostra, e aumentando a resolução das medidas devido à precisão espacial;

-> Possui um espectro contínuo macio/suave, permitindo experimentos com radiação branca, ou oferecendo qualquer comprimento de onda único pelo uso de monocromadores;

-> É horizontalmente prolarizada;

-> Possui uma precisa estrutura temporal "flashing".


Exemplos de estudos científicos baseados em análises com a luz síncrotron:

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   PROJETO SIRIUS

          A primeira etapa finalizada do projeto representa a conclusão das obras civis e a entrega do prédio que abriga toda a infraestrutura de pesquisa, além da conclusão da montagem de dois dos três aceleradores de elétrons. O terceiro e principal acelerador ainda se encontra em processo de montagem. O prédio onde o Sirius está sendo abrigado ocupa uma área de 68 mil metros quadrados (praticamente um campo de futebol), e tudo em seu interior carrega tecnologia de ponta, incluindo sistemas extremamente sofisticados de controle de estabilidade e temperatura.


          A próxima etapa a ser concluída é delicada: a criação de um vácuo próximo ao existente no meio interestelar dentro dos túneis percorridos pelos elétrons. Só então o terceiro acelerador poderá entrar em ação. As partes do Sirius precisam ser ligadas e calibradas uma de cada vez, ou, caso contrário, passa a existir risco de danificação de componentes eletrônicos sensíveis. Completada essa fase, entrará em operação a primeira linha de luz (estação experimental que utiliza radiação gerada pelo acelerador para as análises científicas). Há potencial para a construção de 40 dessas linhas de luz na estrutura. É previsto que as primeiras pesquisas analíticas ocorram no segundo semestre de 2019.




          A tecnologia por trás do Sirius é 100% nacional, o que eleva ainda mais sua importância para o nosso país. Orçado em R$ 1,8 bilhão, o projeto está sendo financiado pelo Ministério de Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC). Até o momento, já foram repassados R$ 1,12 bilhão desse valor.

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          É válido lembrar que o Sirius não é a única fonte de luz síncrotron no Brasil. Completando 21 anos, temos também o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), o qual é o único na América Latina a abrigar essa tecnologia. É também localizado em Campinas e também faz parte do CNPEM, sendo hoje o responsável pela operação da única fonte de luz síncrotron da América Latina.



          As instalações muito sofisticadas do LNLS já oferecem excepcional infraestrutura para pesquisadores e indústrias brasileiras e estrangeiras, sendo referência no âmbito internacional. Todos os anos, as instalações do LNLS beneficiam cerca de 1200 pesquisadores brasileiros e estrangeiros, comprometidos com mais de 400 estudos que resultam em aproximadamente 200 artigos publicados em periódicos científicos.

          No entanto, o Sirius terá uma tecnologia bem mais avançada, de quarta geração, e emitirá uma luz síncrotron cerca de 1 bilhão de vezes superior em certas frequências quando comparado com a fonte de radiação do LNLS. Isso torna o Sirius um dos mais avançados aceleradores de partículas fonte de radiação síncrotron do mundo.

          O projeto final do Sirius deve ficar pronto só em 2021 e ainda depende da liberação de cerca de R$ 500 milhões. Mas feixes de elétrons já estão circulando nos dois aceleradores já completos da sua estrutura


REFERÊNCIAS
  1. http://lnls.cnpem.br/
  2. http://www.mctic.gov.br/mctic/opencms/salaImprensa/noticias/arquivos/2018/11/Acelerador_de_particulas_coloca_o_Brasil_na_fronteira_do_conhecimento_cientifico_.html
  3. https://science.energy.gov/~/media/bes/pdf/Synchrotron_Techniques.pdf
  4. https://asd.gsfc.nasa.gov/Volker.Beckmann/school/download/Longair_Radiation2.pdf
  5. http://pd.chem.ucl.ac.uk/pdnn/inst2/prop.htm
  6. https://www1.folha.uol.com.br/ciencia/2018/11/predio-do-bilionario-acelerador-de-particulas-de-campinas-e-entregue.shtml