Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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O que é Luz Síncrotron?

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Estrutura e Propriedades da Matéria


Todas as coisas, vivas ou não, são feitas de átomos. Estes átomos são compostos por um núcleo, positivamente carregado, e elétrons, negativamente carregados, que orbitam de maneira estável o entorno do núcleo. Cada material é formado por ligações entre diferentes átomos, e suas propriedades dependem de quais são esses átomos e como eles se organizam no espaço.

A forma como os átomos de uma substância se distribuem no espaço define a distribuição dos elétrons ao longo do material – sua estrutura eletrônica – e é dessa estrutura que dependem as propriedades macroscópicas de um material – se ele será rígido ou maleável, opaco ou transparente, ou ainda condutor, semicondutor ou isolante. Por exemplo, dois materiais com propriedades completamente distintas, como o diamante e o grafite, são compostos pelos mesmos átomos de carbono. A única diferença é a distribuição desses átomos no espaço.

Para se investigar as propriedades de diversos materiais é preciso conhecer os átomos que os compõem e como estão distribuídos e da mesma forma como usamos a luz visível para observar as propriedades macroscópicas das coisas, sua forma e cor, é possível utilizar as diversas outras ondas eletromagnéticas para investigar a estrutura, a composição e as propriedades das coisas na escala microscópica, como ferramentas de muito maior precisão do que nossos olhos.

Luz Síncrotron


A luz, ou radiação, síncrotron é um tipo de radiação eletromagnética de alto fluxo e alto brilho que se estende por uma faixa ampla do espectro eletromagnético desde a luz infravermelha, passando pela radiação ultravioleta e chegando aos raios X. Ela é produzida quando partículas carregadas, aceleradas a velocidades próximas à velocidade da luz, têm sua trajetória desviada por campos magnéticos.

A emissão desta radiação foi prevista teoricamente pela primeira vez pelo ucraniano Dmitri Iwanenko e pelo russo Isaak Pomeranchuk em 1944. A comprovação experimental não tardou, e em 1947 ocorreu a primeira observação nos laboratórios de pesquisa da General Electric. Ela foi realizada em um acelerador de partículas do tipo síncrotron, com elétrons acelerados até 99,997% da velocidade da luz.

 

Num acelerador do tipo síncrotron, o feixe de partículas carregadas é guiado em órbitas circulares por um conjunto de eletroímãs. O campo magnético produzido pelos eletroímãs pode ser variado no tempo e age de forma sincronizada sobre as partículas, que a cada volta possuem velocidades e, portanto, energias cada vez maiores. Desta ação sincronizada vem o nome acelerador síncrotron e é devido a esse tipo de acelerador em que foi observada pela primeira vez que a radiação síncrotron recebeu seu nome.

Mais tarde, em 1956, num acelerador síncrotron da Universidade de Cornell, nos EUA, foram realizados os primeiros experimentos de espectroscopia na região de ultravioleta com a utilização da radiação produzida no acelerador e foi assim iniciada a utilização da luz síncrotron como ferramenta de investigação da composição e estrutura dos mais diversos materiais.

A luz síncrotron é capaz de penetrar a matéria e revelar características de sua estrutura molecular e atômica. O amplo espectro dessa radiação permite aos pesquisadores utilizar os comprimentos de onda mais adequados para o experimento que desejarem executar. Ainda, o alto fluxo e o alto brilho permitem experimentos mais rápidos e a investigação de detalhes cada vez menores, com resolução espacial de nanômetros.

Com a radiação síncrotron, é possível também acompanhar a evolução temporal de processos que ocorrem em frações de segundo, em variadas condições de temperatura e pressão.