De tudo
Novo acelerador de partículas brasileiro começa a virar realidade em Campinas
O maior projeto da história da ciência brasileira está prestes a sair do papel. Nas próximas semanas deve ter início o trabalho de limpeza do terreno para construção do novo acelerador de partículas do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas. Com um anel de mais de 500 metros de circunferência, instalado num prédio de 250 metros de diâmetro – do tamanho de um estádio de futebol – a nova máquina será cinco vezes maior e muito mais avançada do que a atual, que será desmontada.
O custo total do projeto, batizado como Sirius (nome da estrela mais brilhante no céu), é estimado em R$ 650 milhões, com o primeiro feixe de luz previsto para 2016. Outro grande projeto federal, do Reator Multipropósito Brasileiro, a ser construído em Iperó (também no interior paulista), tem um orçamento maior, de R$ 850 milhões, mas sua missão principal será a produção de radioisótopos para uso médico e industrial, e não a produção de ciência. “Se você pensar numa infraestrutura dedicada exclusivamente à pesquisa, o Sirius certamente é o maior”, diz o físico Antonio José Roque da Silva, diretor do LNLS.
A expectativa na comunidade científica é igualmente grande. A luz síncrotron (uma radiação eletromagnética de amplo espectro, que abrange desde o infravermelho até os raios X) é usada em várias áreas de pesquisa, como física, química, biologia, geologia, nanotecnologia, engenharia de materiais e até paleontologia. O acelerador funciona como um gigantesco microscópio, que os cientistas utilizam para enxergar a estrutura atômica e molecular de diferentes materiais, iluminando-os com os diferentes tipos de radiação presentes na luz síncrotron. Pode ser uma rocha, uma proteína, uma amostra de solo, um dente de dinossauro, um cabo de aço usado em plataformas de petróleo, um fio de cabelo tratado com diferentes tipos de xampu, ou qualquer outra coisa que se queira conhecer nos mínimos detalhes.
“É o sonho de entender materiais, tanto do ponto de vista estrutural quanto funcional”, afirma Roque. Com a luz síncrotron, é possível saber, por exemplo, que tipos de átomos e moléculas fazem parte de um material, qual é a distância entre eles, como eles interagem entre si, quais são suas propriedades magnéticas e várias outras coisas. São “olhos microscópicos”, nas palavras do diretor científico do LNLS, o brasileiro Harry Westfahl.
A luz é gerada pela aceleração de elétrons, que viajam dentro de um anel de 518 metros de comprimento (165 metros de diâmetro) a uma velocidade muito próxima (99,999999%) da velocidade da luz, que é de aproximadamente 300 mil km/s. A diferença do Grande Colisor de Hádrons (LHC) na Europa e de outros colisores de partículas é que os elétrons, neste caso, não se chocam uns contra os outros em nenhum momento; viajam todos na mesma direção.
O acelerador brasileiro atual, chamado UVX, entrou em operação em 1997 e atende cerca de 1,4 mil pesquisadores por ano, com quase 3 mil trabalhos científicos publicados nos últimos 16 anos. A máquina tem 18 “linhas de luz”, que são as estações de trabalho nas quais os pesquisadores realizam seus experimentos com a luz que sai do anel. Elas funcionam simultaneamente, mas cada uma é otimizada para um tipo de pesquisa. “A luz que sai do anel contém todas as frequências de onda. É só nas linhas de luz que uma frequência específica é escolhida, por meio de filtros chamados monocromadores, de acordo com a necessidade do experimento que vai ser realizado”, explica Roque.
O Sirius começará a operar com 13 linhas de luz – suficientes, já, para atender toda a demanda atual do UVX –, mas poderá chegar a 40. A nova máquina não será apenas maior, mas também substancialmente melhor do que a atual em vários aspectos, produzindo uma luz muito mais brilhante, que permitirá ampliar consideravelmente o seu leque de aplicações.
Pioneirismo. Será a única máquina do tipo na América Latina e apenas a segunda no Hemisfério Sul, além de uma na Austrália. Mais do que isso, suas especificações técnicas deverão colocá-la na linha de frente das melhores fontes de luz síncrotron do mundo. “O Sirius será a máquina de maior brilho na sua classe de energia”, garante Roque.
A energia operacional do Sirius será de 3 bilhões de elétrons-volts (GeV), comparada ao bem mais modesto 1,37 bilhão de elétrons-volts do UVX. Isso, associado a uma série de outras especificações técnicas da máquina (como a configuração de magnetos ao redor do anel), permitirá produzir feixes de fótons (luz) muito mais brilhantes do que os atuais. Uma vantagem crucial é que será possível produzir um tipo de raio X mais energético, conhecido como “duro”, capaz de penetrar materiais mais espessos – algo que a máquina atual tem dificuldade de fazer. O limite de energia dos fótons nas linhas de luz do Sirius será de 250 mil elétrons-volts (KeV), comparado a 30 mil elétrons-volts no UVX, que é um limite inferior de energia dos raios X duros.
“O brilho do Sirius será maior do que o do UVX em todas as faixas de luz, mas nos raios X a diferença será gritante; bilhões de vezes maior”, afirma Roque.
Outro grande diferencial da máquina será a sua baixa emitância, uma característica relacionada ao tamanho da fonte e ao diâmetro do facho de luz gerado por ela, que será de 0,28 nanômetro-radiano (nm.rad), comparado a 100 nanômetros-radianos do UVX. É a menor emitância de qualquer fonte de luz síncrotron em operação ou sendo projetada no mundo, segundo Roque.
Para entender a diferença, de uma forma geral, pode-se pensar numa comparação entre o facho de luz produzido por uma lanterna e o feixe produzido por um apontador laser: a energia (quantidade de fótons) pode até ser a mesma, mas o brilho do laser é muito maior.
“Tem tudo para ser uma das duas melhores máquinas do planeta”, concorda o físico francês Yves Petroff, um dos maiores especialistas do mundo no assunto, ex-diretor do maior laboratório de luz síncrotron europeu (o ESRF, em Grenoble, na França) e ex-diretor científico do LNLS. “É o projeto mais moderno que se pode fazer com a tecnologia hoje.”
A expectativa, portanto, é que o Sirius atraia ainda mais pesquisadores estrangeiros para o Brasil; e não apenas da América Latina, mas também dos EUA e da Europa. “Os cientistas vão aonde houver os melhores equipamentos”, afirma Petroff. Ele cita o exemplo da moderna fonte de luz síncrotron de Taiwan, que atrai muitos pesquisadores dos Estados Unidos e da Europa.
Cerca de 20% dos usuários do UVX já são estrangeiros. “Bons equipamentos atraem bons pesquisadores”, diz Petroff, que contou ter vindo para o LNLS com a intenção de ficar seis meses, em 2009, mas acabou ficando três anos. “Vim porque tinha vários brasileiros no meu laboratório na França e porque gostei do que fizeram aqui no passado”, contou ele ao Estado em março, pouco antes de voltar para a França.
Defesa NET/Estadão
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“É o sonho de entender materiais, tanto do ponto de vista estrutural quanto funcional”, afirma Roque. Com a luz síncrotron, é possível saber, por exemplo, que tipos de átomos e moléculas fazem parte de um material, qual é a distância entre eles, como eles interagem entre si, quais são suas propriedades magnéticas e várias outras coisas. São “olhos microscópicos”, nas palavras do diretor científico do LNLS, o brasileiro Harry Westfahl.
A luz é gerada pela aceleração de elétrons, que viajam dentro de um anel de 518 metros de comprimento (165 metros de diâmetro) a uma velocidade muito próxima (99,999999%) da velocidade da luz, que é de aproximadamente 300 mil km/s. A diferença do Grande Colisor de Hádrons (LHC) na Europa e de outros colisores de partículas é que os elétrons, neste caso, não se chocam uns contra os outros em nenhum momento; viajam todos na mesma direção.
O acelerador brasileiro atual, chamado UVX, entrou em operação em 1997 e atende cerca de 1,4 mil pesquisadores por ano, com quase 3 mil trabalhos científicos publicados nos últimos 16 anos. A máquina tem 18 “linhas de luz”, que são as estações de trabalho nas quais os pesquisadores realizam seus experimentos com a luz que sai do anel. Elas funcionam simultaneamente, mas cada uma é otimizada para um tipo de pesquisa. “A luz que sai do anel contém todas as frequências de onda. É só nas linhas de luz que uma frequência específica é escolhida, por meio de filtros chamados monocromadores, de acordo com a necessidade do experimento que vai ser realizado”, explica Roque.
O Sirius começará a operar com 13 linhas de luz – suficientes, já, para atender toda a demanda atual do UVX –, mas poderá chegar a 40. A nova máquina não será apenas maior, mas também substancialmente melhor do que a atual em vários aspectos, produzindo uma luz muito mais brilhante, que permitirá ampliar consideravelmente o seu leque de aplicações.
Pioneirismo. Será a única máquina do tipo na América Latina e apenas a segunda no Hemisfério Sul, além de uma na Austrália. Mais do que isso, suas especificações técnicas deverão colocá-la na linha de frente das melhores fontes de luz síncrotron do mundo. “O Sirius será a máquina de maior brilho na sua classe de energia”, garante Roque.
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“O brilho do Sirius será maior do que o do UVX em todas as faixas de luz, mas nos raios X a diferença será gritante; bilhões de vezes maior”, afirma Roque.
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Para entender a diferença, de uma forma geral, pode-se pensar numa comparação entre o facho de luz produzido por uma lanterna e o feixe produzido por um apontador laser: a energia (quantidade de fótons) pode até ser a mesma, mas o brilho do laser é muito maior.
“Tem tudo para ser uma das duas melhores máquinas do planeta”, concorda o físico francês Yves Petroff, um dos maiores especialistas do mundo no assunto, ex-diretor do maior laboratório de luz síncrotron europeu (o ESRF, em Grenoble, na França) e ex-diretor científico do LNLS. “É o projeto mais moderno que se pode fazer com a tecnologia hoje.”
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