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Na quarta-feira, 14 de novembro de 2018, será inaugurado o Sirius, o maior,
mais complexo e mais caro projeto da ciência brasileira. Localizado no polo de
tecnologia de Campinas, em São Paulo, o Sirius faz parte do Laboratório
Nacional de Luz Sincrotron (LNLS), vinculado ao Centro Nacional de Pesquisa em
Energia e Materiais (CNPEM) do Ministério da Ciência e Tecnologia.
Foto área do Sirius em construção, de
setembro de 2018. Ele é do tamanho do estádio do Maracanã, com um diâmetro de
250 metros e 15 metros de altura. 600 operários trabalharam ao longo de mais de
três anos em sua construção.
Timelapse da obra até julho de 2017.
O que é o Sirius?
O Sirius é um acelerador circular de elétrons que produzirá radiação
sincrotron, ou luz sincrotron, um tipo de radiação eletromagnética entre o
infravermelho e o raio X. Por isso, é comum dizer que o Sirius é uma fonte de
luz sincrotron.
A faixa do espectro eletromagnético da luz
sincrotron (imagem tirada de: https://ciencia.estadao.com.br/noticias/geral,novo-acelerador-de-eletrons-coloca-brasil-na-fronteira-da-ciencia-mundial,70002602598).
Como se produz luz
sincrotron no Sirius?
Primeiro, um feixe de elétrons de milésimos de milímetro de espessura
(até 30 vezes menor do que a espessura de um fio de cabelo) é produzido por um
cátodo (em 1 da figura abaixo). Depois, esse feixe de elétrons é acelerado por
um acelerador linear de 32 metros de comprimento (Linac – 2) até chegar a 99,9%
da velocidade da luz.
Imagem tirada de: https://ciencia.estadao.com.br/noticias/geral,novo-acelerador-de-eletrons-coloca-brasil-na-fronteira-da-ciencia-mundial,70002602598
Esse feixe de elétrons entra então em um acelerador circular chamado
Booster, que aumenta a energia do feixe de elétrons (ele é representado por 3
da figura acima e pelo anel oval da figura abaixo). Finalmente, o feixe de
elétrons entra no anel de armazenamento (4 na figura acima, o anel maior da
figura abaixo), um tubo de vácuo de prata de e cobre com 500 metros de
comprimento e 6 cm de diâmetro, onde o feixe de elétrons percorrerá 600 mil
voltas por segundo.
É no anel principal que a luz sincrotron produzida pelo feixe de
elétrons será direciona para diferentes estações, também chamadas de linhas de
luz (5 na figura acima, os pontos azuis da figura abaixo). Ao todo, o Sirius
terá 40 linhas de luz, cada uma com uma determinada faixa de energia de luz
sincrotron e um determinado aparelho e método de análise.
Ilustração da emissão de luz sincrotron em
diferentes estações quando os elétrons giram no anel principal do acelerador (imagem tirada de: https://www.youtube.com/watch?v=AkQEZsTr-KQ).
Tanto no Booster quanto no anel principal, é o campo magnético de
centenas de imãs que são os responsáveis por fazer o feixe de elétrons realizar
um movimento circular. Esses imãs também são utilizados para focalizar o feixe
de elétrons e deixar seu brilho mais intenso.
Para que serve o
Sirius?
O Sirius pode ser considerado um “super microscópio”, que serve para
analisar a estrutura da matéria de qualquer amostra, como uma proteína, uma
célula, um grão de areia, uma planta, um fóssil, uma liga metálica, solo ou
mesmo um grão de feijão.
A amostra a ser analisada é colocada em uma linha de luz. Na linha de
luz, a luz sincrotron incide sobre a amostra, que pode absorver, refletir ou
espalhar a luz sincrotron. Detectores analisam o comportamento da luz
sincrotron depois de incidir sobre a amostra, cujas informações são
interpretadas por computadores. Os computadores além de fazer uma imagem da
estrutura interna da amostra, pode também determinar os elementos químicos
presentes nela.
Imagem da estrutura interna de uma rocha
tipo arenito (imagem tirada de: https://ciencia.estadao.com.br/noticias/geral,novo-acelerador-de-eletrons-coloca-brasil-na-fronteira-da-ciencia-mundial,70002602598).
Em 2009, o prêmio Nobel de Química foi dado a três pesquisadores que
utilizaram uma fonte de luz sincrotron para determinar a estrutura de um
ribossomo, o que poderá ser utilizado pela indústria farmacêutica para criar
antibióticos mais potentes.
Estrutura de um ribossomo. Com uma fonte
de luz sincrotron, foi possível determinar a posição de cada um dos centenas
de milhares de átomos do ribossomo.
Em 13 outubro de 2018, foi noticiado no Jornal Nacional que
pesquisadores do LNLS utilizaram a atual fonte de luz sincrotron do laboratório
para identificar os elementos químicos presentes nas diferentes tintas
utilizadas pelo pintor brasileiro Candido Portinari. Isso, por sua vez,
permitirá produzir tintas parecidas com as que foram utilizadas por ele e,
assim, restaurar suas obras com a maior fidelidade possível.
Assim, com o Sirius, será possível fazer mapeamento de nutrientes do
solo como nunca antes, estudar a estrutura de proteínas através da
cristalografia de raios X, que permitirá fabricar novos medicamentos; estudar
estruturas manométricas; realizar uma imagem não destrutiva 3D de uma célula de
mamífero, entre outras coisas.
Compostos que tiveram sua estrutura analisada através de um fonte de luz
sincrotron foram depois utilizados em baterias, catalisadores, fertilizantes,
medicamentos, fraldas, turbinas, produtos de higiene e de limpeza.
Balanços e
Perspectivas
Atualmente, o Brasil já possui uma fonte de luz sincrotron de segunda
geração, o UVX, a única da América Latina. O Sirius, uma fonte de luz
sincrotron de quarta geração, dará lugar ao UVX.
A fonte de luz sincrotron UVX, no LNLS.
O brilho da luz sincrotron do Sirius será 1 bilhão de vezes maior do que
a do UVX (e por isso seu nome, em referência a estrela mais brilhante do céu
noturno). Isso permitirá que a luz sincrotron do Sirius penetre 2 cm em um
material como o ferro, enquanto o UVX consegue uma penetração de apenas 1mm. O
brilho da luz sincrotron do Sirius também diminuirá o tempo de análise de
amostras: por exemplo, enquanto a tomografia de uma célula 3D leva 10 horas no
UVX, levará 10 segundos no Sirius, com ainda uma resolução maior.
Hoje, existe apenas uma fonte de luz sincrotron como o Sirius no mundo,
o MAX IV, na Suécia. Quando entrar em funcionamento, o Sirius será a fonte de
luz sincrotron mais brilhante do mundo.
Foto aérea do MAX IV, na Suécia.
Mais de 1000 pesquisadores de 28 países utilizam o UVX por ano para
analisar suas amostras. Com o Sirius e suas 40 linhas de luz, estima-se que
esse número aumente para 5 mil por ano.
Entre 1997 e 2012, cinco prêmios Nobel de Química foram dados a
pesquisadores que analisaram amostras a partir de uma fonte de luz sincrotron.
A perspectiva é que as pesquisas realizadas no Sirius sejam as mais avançadas
em suas áreas, o que possibilitará que o Brasil, direta ou indiretamente,
conquiste pela primeira vez um prêmio Nobel.
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Para saber mais:
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