PAINEIRA é uma das linhas de luz da fonte de luz síncrotron Sirius, do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), uma organização privada sem fins lucrativos, sob a supervisão do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI).

Esta estação experimental, será dedicada a experimentos de difração de raios X de materiais policristalinos (PXRD), combinando os benefícios do alto brilho e baixa emissão de uma fonte de luz síncrotron de quarta geração com detectores sensíveis, rápidos e de alta resolução para a coleta de padrões de raios X de alta qualidade.

As medições poderão ser realizadas em modo de alta resolução (0,008° FWHM a 15 keV) e/ou detecção rápida (10s; 0,05° FWHM a 15 keV), com otimização do tempo de feixe por meio da troca de amostras de modo automatizado (modo de operação high-throughput). Além disso, a linha de luz irá proporcionar também diferentes ambientes de amostra (porta-amostras, celas, dispositivos e acessórios) para experimentos in situ e operando de materiais funcionais.

Montagem

No primeiro semestre de 2022, foi concluída a instalação das cabanas e utilidades da linha de luz PAINEIRA, permitindo o início da instalação de componentes óticos.

O front-end (Figura 1a) foi instalado e aguarda a instalação de um wiggler para levar a radiação síncrotron para as cabanas ótica e experimental (Figura 1b). O wiggler irá funcionar como fonte de raios X provisória, enquanto o ondulador, que será a fonte definitiva, está em produção. Cabanas, salas de apoio e infraestruturas elétrica, de rede e mecânica foram concluídas. As instalações de suportes, fendas, diagnósticos do feixe, válvulas bloqueadoras, entre outros, também já foram concluídos na cabana óptica (Figura 1c) e estão em etapa final de montagem na cabana experimental (Figura 1d), assim como o difratômetro e o sistema high-throughput (Figura 1d).

Figura 1: (a) front-end montado no interior do túnel; (b) visão geral da linha de luz em abril de 2022; (c) componentes em instalação na cabana óptica; (d) status da montagem da estação experimental em julho de 2022.

Óptica

A fonte de raios X final será um ondulador planar instalado em uma seção reta de baixo β do anel de armazenamento e fornecerá um fluxo de fótons de 10¹³ ph/s/0,1% bw/100 mA (@15keV). De forma temporária, a PAINEIRA será comissionada com um wiggler de 1T, transferido da linha de luz MX2 da antiga fonte de luz síncrotron UVX.

A ótica da linha de luz PAINEIRA não possui elemento focalizante, fazendo uso apenas de fendas e um monocromador de cristal duplo (DCM) criogenicamente resfriado para definir a aceitação e monocromatização do feixe respectivamente. O DCM foi reaproveitado da linha de luz XDS do UVX e possui dois conjuntos de cristais de silício (111) e (311), permitindo que a linha de luz opere de 5 a 30 keV com uma resolução de energia ∆E/E de cerca de 10^-4. O DCM foi limpo e revisado, teve o sistema de controle atualizado para os padrões adotados no Sirius, e foi instalado na cabana ótica (Figura 1c).

Estação Experimental

O projeto da estação experimental está bastante avançado, restando a conclusão da montagem do difratômetro, sistema high-throughput e do arranjo de gases especiais. A fabricação da maioria dos subsistemas está concluída e a montagem deve avançar ao longo do mês de setembro no interior da cabana (Figura 1d).

O difratômetro da linha de luz PAINEIRA será um de 3-círculos Heavy-Duty da Newport para operar em geometria Debye-Scherrer (modo de transmissão ou geometria capilar). O difratômetro esteve em uso na linha de luz XRD1 do UVX de 2012 a 2019 e foi enviado para a fabricante em agosto de 2021 para ajustes e atualização do sistema de controle. O difratômetro já está de volta ao Brasil (Figura 1d), a finalização da instalação será realizada em setembro de 2022.

Detector de Aquisição Rápida

Dois conjuntos de detectores estarão disponíveis na linha de luz: um conjunto de Multi-Analyzer Crsital (MAC), operando no modo de alta resolução angular, e um detector em forma de arco PiMega 450D, operando no modo de detecção rápida.

O detector de aquisição rápida PIMEGA 450D é um desenvolvimento do grupo de detectores do LNLS em parceria com a empresa PiTecnologia, baseado no detector ASIC Medipix3RX. O detector é disposto em um arco 2D e instalado no círculo δ do difratômetro, o que permite uma ampla cobertura angular (108,9^o 2θ) como mostrado na Figura 2. Esta configuração permitirá coletar dados a uma taxa de até 1000 frames/s. O tamanho de pixel reduzido (0,55 µm) resulta em uma resolução de 0,05° (FWHM) em 2θ sobre a faixa de energia da linha de luz. O PIMEGA 450D está pronto para ser instalado no difratômetro.

Figura 2: PIMEGA 450D: (a) visão da eletrônica e sensores colocados em zig-zag; (b) detector fechado e pronto para ser instalado no difratômetro.

Próximos Passos

As aquisições para os principais sistemas da linha de luz PAINEIRA estão em fase de conclusão e, no segundo semestre de 2022, a equipe se concentrará na instalação e comissionamento técnico. O início do comissionamento científico está previsto para o primeiro trimestre de 2023. Além disso, a equipe da linha de luz se dedica também à construção e comissionamento de uma ampla gama de porta-amostras e celas capilares para os experimentos in-situ e operando.