Sirius, a nova fonte de luz síncrotron brasileira, é a maior e mais complexa infraestrutura científica já construída no País, projetada para produzir a luz síncrotron mais brilhante dentre todos os equipamentos na sua faixa de energia.
Fontes de luz síncrotron são equipamentos científicos de grande porte, que produzem radiação eletromagnética de forma controlada. Esta radiação é então usada para a investigação da composição e estrutura da matéria em suas mais variadas formas, com aplicações em praticamente todas as áreas do conhecimento.
Por ser uma infraestrutura aberta de pesquisa, Sirius está à disposição da comunidade científica brasileira e internacional, permitindo que centenas de pesquisas acadêmicas e industriais sejam realizadas anualmente, por milhares de pesquisadores. Por meio da investigação de fenômenos e resolução de problemas de naturezas diversas, as mais variadas áreas do conhecimento poderão ser beneficiadas.
Sirius contribui para a solução de grandes desafios científicos e tecnológicos, como o desenvolvimento de vacinas, medicamentos e novos tratamentos para doenças, por exemplo. Na área de agricultura, pesquisas buscam novos fertilizantes, espécies vegetais mais resistentes e adaptáveis e novas tecnologias de cultivo. Sirius também permite estudos visando um melhor aproveitamento de fontes de energia renováveis, melhores processos de extração de petróleo em águas profundas e muitas outras aplicações, com potencial para gerar grandes impactos econômicos e sociais.
Fontes de luz síncrotron são, em essência, grandes máquinas produtoras de luz, e funcionam de forma semelhante a diversas tecnologias bastante familiares.
Em telefones celulares, por exemplo, o circuito eletrônico do aparelho faz com que uma corrente elétrica – que é formada pelo movimento de elétrons – oscile de um lado para o outro no material condutor da antena. Esse processo, de aceleração e desaceleração das partículas, produz as ondas de rádio e micro-ondas que são emitidas pelo telefone e que são responsáveis pela transmissão de informação.
Já nas máquinas hospitalares de raios X, elétrons são acelerados no vácuo até a altas velocidades e, a seguir, se chocam contra um alvo metálico. Ao atingi-lo, as partículas são freadas pelos átomos constituintes do alvo e a energia perdida nessa desaceleração é emitida na forma de raios X.
Ambos os exemplos ilustram um fato fundamental da natureza: partículas carregadas, como os elétrons, emitem ondas eletromagnéticas quando são aceleradas.
Os tipos de onda eletromagnética produzidos dependem da velocidade em que essas partículas estejam viajando ao serem acelerados ou desacelerados. No celular, os elétrons correm na antena a velocidades relativamente baixas e por isso a radiação produzida é na faixa das ondas de rádio e micro-ondas. Por outro lado, no raio-X hospitalar, os elétrons têm velocidades extremamente altas, e, ao serem freados, a radiação emitida é na faixa dos raios X.
Já as fontes de luz síncrotron tem em seu coração um conjunto de aceleradores de partículas, especificamente aceleradores de elétrons. Essas grandes máquinas são projetadas para gerar feixes de partículas subatômicas, como os elétrons, e acelerá-las até velocidades altíssimas, muito próximas da velocidade da luz, com movimento controlado.’
Em uma fonte de luz síncrotron, os aceleradores de elétrons mantêm essas partículas circulando em órbitas estáveis por várias horas, em ultra-alto vácuo. Durante esse processo, os elétrons têm sua trajetória guiada por eletroímãs. Sempre que os elétrons são desviados pelos campos magnéticos e forçados a fazerem uma curva, isto é, sempre que sofrem uma aceleração centrípeta, eles emitem radiação eletromagnética. Essa radiação eletromagnética é a chamada luz síncrotron.
A luz síncrotron não é emitida em todas as direções, mas sim concentrada na direção tangente à curva feita pelos elétrons. Por isso, ao redor dos aceleradores de partículas são instaladas estações de pesquisa, chamadas linhas de luz, que acondicionam e focalizam a luz síncrotron para que ela ilumine as amostras dos materiais que se quer analisar.
1. ACELERADOR LINEAR – LINAC
Em um equipamento chamado Canhão de Elétrons, essas partículas são inicialmente emitidas a partir do aquecimento de uma liga metálica. A seguir, os elétrons são acelerados por campos elétricos oscilantes até velocidades próximas à da luz. Em seguida, as partículas são transferidas para o Acelerador Injetor, ou Booster.
2. ACELERADOR INJETOR – BOOSTER
Neste acelerador circular, os elétrons vindos do Linac dão cerca de 600 mil voltas a cada segundo. A cada volta, as partículas têm sua energia aumentada até alcançarem a energia necessária para serem transferidas para o Acelerador Principal, ou Anel de Armazenamento.
3. ACELERADOR PRINCIPAL – ANEL DE ARMAZENAMENTO
No acelerador principal, os elétrons são mantidos circulando por horas e horas em órbitas estáveis, guiados por ímãs. Sempre que os elétrons são desviados por campos magnéticos e forçados a fazerem uma curva eles emitem radiação eletromagnética.
Essa radiação, que possui amplo espectro (desde o infravermelho até os raios X) e alto brilho, é chamada de luz síncrotron. Ela é emitida na direção tangente à curva feita pelos elétrons e direcionada para as estações de pesquisa, chamadas linhas de luz.
4. ESTAÇÕES DE PESQUISA – LINHAS DE LUZ
As linhas de luz são como microscópios complexos, que condicionam e focalizam a luz síncrotron para que ela ilumine as amostras dos materiais que se quer analisar.
A partir do modo como a luz síncrotron é absorvida, refletida ou espalhada pelos átomos do material, é possível avaliar os tipos de átomos e de moléculas que o constitui, seus estados químicos, sua organização espacial e propriedades elétricas, eletrônicas, magnéticas, entre outras características.
As fontes de luz síncrotron comportam diversas linhas de luz, otimizadas para diferentes experimentos, que funcionam de forma independente entre si. Isso permite que diversos grupos de pesquisadores trabalhem simultaneamente em diferentes pesquisas.