Projeto Sirius

O projeto Sirius é a mais nova fonte de luz síncrotron a ser desenvolvida em território brasileiro. As fontes de luz síncrotron são máquinas extremamente sofisticadas que produzem radiação eletromagnética de amplo espectro e alto brilho, compreendendo o infravermelho, ultravioleta e os raios X.

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Atualmente, o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) conta com um síncrotron chamado UVX. Apesar da sua confiabilidade, ele já não tem sido capaz de atender as necessidades dos pesquisadores de todo o Brasil. Dessa forma, o projeto Sirius foi concebido para atender a grande demanda da pesquisa nacional.

Sirius será uma fonte de luz síncrotron de 4ª geração, mais moderna que a tecnologia utilizada atualmente no UVX. Contará com um grande acelerador de elétrons, capaz de acelerá-los com até 3 GeV (Gigaelétron-volts) de energia. Além disso, a circunferência do anel principal medirá 518,4 m e comportará até 40 linhas de luz – cada uma delas é capaz de portar um laboratório para análise de materiais distintos.

Com a nova tecnologia, a radiação de grande intensidade produzida por Sirius será cerca de 360 vezes maior que aquela produzida atualmente pelo UVX. Isso permitirá que os pesquisadores analisem a estrutura interna de materiais densos como o aço em profundidades de até alguns centímetros (10^-2 m ou 0,01 m), muito maiores que as possíveis atualmente, de poucos micrômetros (10^-6 m ou 0,000001 m).

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O que é um síncrotron?

Síncrotron é uma máquina que acelera partículas carregadas, geralmente elétrons, a velocidades altíssimas, próximas à velocidade da luz. Essas partículas são direcionadas a um grande anel circular, onde são defletidas pela presença de um intenso campo magnético. A aceleração centrípeta sofrida pelas cargas elétricas durante as curvas no interior do anel produzem ondas eletromagnéticas que podem ser usadas pela investigação científica para diversos fins.

Os síncrotrons de 4ª geração, como o Sirius, contam com diversos polos magnéticos invertidos, chamados de onduladores, distribuídos por toda a circunferência do anel. Por essa razão, os elétrons sofrem acelerações e desacelerações sucessivas e de alta frequência, produzindo, assim, uma radiação muito mais “luminosa”.

Síncrotron de dipolo magnético (à esquerda) e síncrotron ondulador (à direita). (Fonte: LNLS/CPNEM)

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O que é luz síncrotron?

A luz síncrotron é uma radiação eletromagnética que pode ser usada para a observação das estruturas internas dos materiais, como átomos e ligações químicas. Esse tipo de radiação é produzido quando partículas dotadas de carga elétrica são desviadas de sua trajetória por um campo magnético externo.

Para que serve a luz síncrotron?

As aplicações da luz síncrotron são vastas e trazem benefícios importantes para o desenvolvimento de áreas distintas. Veja:

• Na agricultura, a luz síncrotron pode ser usada para análise do solo, produção de fertilizantes mais econômicos e eficientes, estudo das concentrações de nutrientes e biodisponibilidade em espécies vegetais;

• Na área de energia, a luz síncrotron permite a investigação de novos materiais para a produção de células solares, células de combustível e até mesmo baterias mais eficientes, bem como o desenvolvimento de novas tecnologias para a exploração de petróleo e gás natural;

• Na saúde, a luz síncrotron permite a investigação estrutural de moléculas complexas, como proteínas, e estruturas internas das células. Ela também é fundamental para a produção de novos medicamentos e partículas nanoestruturadas desenvolvidas para o combate a diferentes tipos de vírus e bactérias, entre outros fins.

Curiosidades sobre o Sirius

• Sirius é o nome da estrela mais brilhante da constelação de Canis Major e é a estrela mais brilhante do céu noturno;

• Serão usados mais de 700 quilômetros de fios, 900 fontes e 1350 magnetos em um complexo de 68.000 m²;

• A proteção radiológica em torno do anel principal de Sirius será feita com 1 quilômetro de concreto, de espessura variável entre 0,8 m e 1,5 m;

• Os elétrons deverão dar cerca de 600.000 voltas no anel principal de Sirius a cada segundo sem oscilar mais que 150 nm (150.10^-9 m, ou 0,00000015 m) do centro de sua trajetória;

• Um vácuo parcial será formado no anel principal de Sirius. Seu interior terá uma pressão cerca de um trilhão de vezes menor (10^-7 Pascal) que a pressão atmosférica.

Sirius e o combate ao coronavírus

Motivada pelo avanço da pandemia causada pelo novo coronavírus, conhecido como Sars-CoV-2, grande parte da equipe do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) tem trabalhado em conjunto para entregar duas linhas de luz do laboratório Sirius – cateretê e manacá –, capazes de realizar análises microscópicas usando feixes de raios X.

Linhas de luz são as estações de pesquisa onde são realizados experimentos para produzir imagens detalhadas de estruturas tão pequenas quanto as do vírus causador da covid-19. Por meio de diferentes técnicas e tipos de radiação, os pesquisadores esperam poder auxiliar no desenvolvimento de novos fármacos que combatam a infecção pelo novo coronavírus no organismo humano.

A instalação precoce das novas linhas de luz do Sirius permitirá que pesquisadores do mundo todo entendam como se dá a evolução do vírus no interior das células. Além disso, diferentemente de outros laboratórios de luz síncrotron, os experimentos realizados no Sirius possibilitarão uma visão geral e detalhada de todos os processos bioquímicos que possibilitam a replicação do vírus.

Por Rafael Helerbrock
Graduado em Física