Brasil terá acelerador de elétrons de terceira geração

Fabio Reynol - Agência Fapesp - 30/07/2010

O acelerador Sirius será uma fonte de luz síncrotron de terceira geração, com aplicações em diversas áreas do conhecimento, como nanobiologia, farmacologia, energia, microeletrônica, alimentos, materiais e paleontologia.
[Imagem: LNLS]

Luz síncrotron

Um anel acelerador de elétrons de 146 metros de diâmetro é o mais novo projeto do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas (SP). Com um faixa de frequência de raios luminosos mais ampla, a nova máquina poderá atuar em maior número de aplicações que o UVX, o anel atual.

A importância desse tipo de equipamento para o Brasil foi o tema da palestra do físico Antonio José Roque da Silva, diretor do LNLS, durante a 62ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC), que termina nesta sexta-feira, em Natal.

Orçado em US$ 200 milhões, o Sirius, como foi denominado, será uma fonte de luz síncrotron de terceira geração, com aplicações em diversas áreas do conhecimento, como nanobiologia, farmacologia, energia, microeletrônica, alimentos, materiais e paleontologia.

Aceleradores de elétrons

Síncrotrons são aceleradores de elétrons que produzem diferentes faixas de frequência de luz, cada uma útil para um tipo de aplicação, podendo envolver estudos de estruturas em escala atômica, molecular, microscópica ou macroscópica.

O UVX opera atualmente com uma energia de 1,37 GeV (gigaelétron-volt), o que permite gerar radiações eletromagnéticas que vão até a faixa dos raios X moles.

O Sirius, por sua vez, trabalhará com 3 GeV, o que, além de gerar mais intensidade de luz, também ampliará sua faixa de alcance para os raios X duros, permitindo o estudo de estruturas mais densas.

"Será possível enxergar o interior de um ovo fossilizado de dinossauro, por exemplo, o que não conseguimos fazer atualmente", disse Roque da Silva. O também professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) ressaltou que a paleontologia e a arqueologia são áreas que ainda utilizam muito pouco os serviços do atual anel de luz.

Elétrons em ziguezague

A primeira geração de anéis síncrotron surgiu na década de 1940, como resultado dos primeiros aceleradores de partículas. As máquinas voltadas a provocar colisões entre partículas atômicas e subatômicas apresentavam um efeito indesejável: perdiam energia por causa da radiação síncrotron emitida ao longo do trajeto.

Essa radiação começou então a ser aproveitada para experimentos de análise de estruturas moleculares. Estações de trabalho foram adaptadas nos pontos dos aceleradores de partículas que emitiam esse tipo de radiação.

Foi uma questão de tempo até entrarem em cena anéis específicos para emissão de luz síncrotron, sem o objetivo de fazer colidir partículas. Nascia a segunda geração de anéis, da qual faz parte o UVX, do LNLS, que está em operação desde 1997, tendo sido o primeiro do gênero do hemisfério Sul e ainda hoje é o único na América Latina.

A terceira geração de anéis lança mão de ímãs chamados de dispositivo de inserção. Instalados nos trechos retos do anel, esses ímãs fazem os elétrons se movimentarem em ziguezague, o que fornece novas radiações.

Com apenas quatro trechos retos e 30 metros de diâmetro, o UVX tem limitações físicas para receber dispositivos de inserção, enquanto o Sirius possuirá 18 seções retas e um diâmetro de 146 metros, segundo explicou Roque da Silva.

"O novo degrau de tecnologia de estudo da matéria, na linha dos síncrotrons, é o laser de elétrons livres, que é uma tecnologia muito mais cara e apresenta uma gama bem menor de aplicações", disse.

O novo acelerador de elétrons terá um dos fachos mais brilhantes do mundo e uma das menores emitâncias entre as maiores máquinas síncrotron projetadas e em operação.
[Imagem: LNLS]

Dipolo de ímãs permanentes

O diretor do LNLS também ressaltou o expertise que o país conquistou em tecnologia síncrotron ao construir o seu próprio anel de luz. Cerca de 85% do trabalho e da tecnologia empregados na montagem do UVX são nacionais, o que gerou um conhecimento raro no mundo. "Se não tivéssemos construído o primeiro anel, não conseguiríamos projetar esse segundo", afirmou.

As oficinas do LNLS já estão construindo protótipos de componentes a serem usados no Sirius, entre eles um inédito em todo o mundo, o dipolo com magnetos permanentes. No dispositivo, os elétrons serão acelerados dentro do anel por ímãs acionados por eletricidade.

A equipe do laboratório propôs a substituição dos eletroímãs por ímãs permanentes, o que representaria uma significativa economia de energia. A dificuldade de trabalhar com tijolos de metal magnético, entre outros fatores, tem inibido o seu uso nos anéis. Por isso, o Sirius deverá ser o primeiro anel do mundo a operar apenas com ímãs permanentes.

A nova máquina também terá um dos fachos mais brilhantes do mundo e uma das menores emitâncias entre as maiores máquinas síncrotron projetadas e em operação. A emitância define o brilho da fonte e, quanto menor o seu valor, melhor a qualidade da luz. "Quando entrar em operação, o Sirius estará entre as três melhores máquinas do tipo no mundo", disse.

Tecnologia síncrotron

Com cerca de 2 mil usuários regulares, que realizam 460 propostas de pesquisa, o LNLS é um laboratório aberto a cientistas do Brasil e do exterior interessados em utilizar a tecnologia síncrotron em seus trabalhos. O novo anel não só ampliará o número de usuários como também de disciplinas beneficiadas.

Outro nicho de usuários do LNLS é o setor industrial. "No Japão, há 180 empresas que utilizam regularmente os anéis de lá, o que mostra a importância dessa tecnologia para a inovação tecnológica", disse Roque da Silva.

Segundo ele, países como Taiwan, Coreia do Sul, Dinamarca e Suécia estão construindo seus próprios aceleradores síncrotron, com o objetivo de atender, além da academia, o parque industrial do país. Na França, um dos maiores usuários é a cosmetologia. "A nanocosmética tem-se desenvolvido muito e a indústria francesa utiliza a tecnologia síncrotron", disse.

No esforço de aumentar o número de usuários, o LNLS iniciou recentemente um programa de utilização remota. Por meio de uma rede de alta velocidade pesquisadores conseguem realizar, de seu laboratório, experimentos no anel em Campinas. Um teste do modelo foi realizado com sucesso este ano, quando o equipamento foi operado a partir do Rio de Janeiro.

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