Anel de 518 metros e mais de mil ímãs: a máquina que acelera elétrons quase à velocidade da luz no interior paulista
Elétrons percorrem tubos de vácuo e geram feixes de luz usados em pesquisas científicas
Dentro de um grande edifício em Campinas, no interior de São Paulo, elétrons percorrem tubos de vácuo enquanto equipamentos magnéticos controlam sua trajetória. O acelerador Sirius possui um anel principal de 518 metros de circunferência e utiliza mais de mil ímãs no conjunto de seus aceleradores. A máquina produz uma luz especial, capaz de revelar detalhes microscópicos de materiais estudados por pesquisadores brasileiros e estrangeiros.
Onde fica o Sirius e por que seu anel possui 518 metros?
O Sirius funciona no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais, em Campinas. Sua estrutura principal é um anel de armazenamento, por onde os elétrons circulam em velocidades próximas à da luz.
O Laboratório Nacional de Luz Síncrotron descreve o funcionamento dos aceleradores e informa que o anel possui 518 metros, com energia operacional de 3 GeV.
O grande percurso permite posicionar os equipamentos necessários ao controle dos elétrons e à produção de radiação. Ao redor do anel, estações experimentais recebem a luz para analisar amostras.
A máquina pertence à quarta geração de fontes de luz síncrotron, desenvolvida para produzir feixes muito concentrados e de alto brilho.
Como os elétrons conseguem chegar quase à velocidade da luz?
Os elétrons recebem energia em aceleradores e depois entram no anel principal, onde permanecem circulando. O processo começa com a produção das partículas em um equipamento chamado fonte de elétrons.
Depois, elas atravessam um acelerador linear e um acelerador intermediário circular, conhecido como booster. Esses equipamentos aumentam a energia do feixe antes de enviá-lo ao anel de armazenamento.
Dentro do Sirius, o controle da trajetória depende de campos magnéticos, enquanto sistemas de radiofrequência fornecem energia para compensar as perdas durante a circulação.
Os principais equipamentos trabalham em sequência:
Para que servem os mais de mil ímãs instalados no Sirius?
Os ímãs ajudam a direcionar, focalizar e corrigir a trajetória dos elétrons. Como as partículas possuem carga elétrica, seus movimentos podem ser modificados por campos magnéticos.
O conjunto utiliza ímãs de diferentes tipos. Alguns desviam o feixe para acompanhar a curvatura do anel, enquanto outros controlam seu tamanho e corrigem pequenas alterações de posição.
O LNLS descreveu a fabricação de mais de mil ímãs para o projeto, incluindo equipamentos fornecidos pela indústria brasileira.
Esses componentes precisam ser posicionados com grande precisão. Pequenos desvios podem alterar a trajetória dos elétrons e prejudicar a qualidade da luz gerada.
Os ímãs não são responsáveis, sozinhos, por aumentar a energia das partículas. Essa função também depende dos sistemas de radiofrequência.
Quem é fascinado por ciência e tecnologia, vai curtir esse vídeo especialmente selecionado do canal Manual do Mundo, que conta com mais de 1 milhão de visualizações, onde Iberê Thenório mostra os segredos do acelerador de partículas Sirius em Campinas:
Como o Sirius transforma o movimento dos elétrons em luz?
A luz síncrotron aparece quando os elétrons sofrem mudanças de trajetória ao passar por campos magnéticos. As partículas liberam energia na forma de radiação eletromagnética.
Essa radiação inclui diferentes faixas do espectro, entre elas os raios X. Os equipamentos permitem selecionar características da luz conforme o material e a técnica utilizada.
As linhas de luz conduzem a radiação até os instrumentos de pesquisa. Nesses locais, amostras são posicionadas para revelar informações sobre sua estrutura e composição.
O Sirius também exige condições especiais de funcionamento. As partículas circulam em tubos mantidos sob vácuo extremamente elevado, reduzindo colisões com moléculas de gás.
Que tipos de materiais os cientistas conseguem estudar?
O Sirius permite investigar estruturas de proteínas, minerais, medicamentos e materiais usados na indústria. Sua luz pode revelar detalhes que não aparecem em fotografias ou instrumentos comuns.
Na ciência de materiais, esse tipo de análise ajuda a compreender como diferentes componentes estão organizados em pequenas escalas. O conhecimento pode contribuir para desenvolver baterias, catalisadores e novos compostos.
Pesquisas sobre resistência de materiais, como o desenvolvimento de concreto impresso em 3D inspirado em estruturas naturais, mostram a importância de compreender a organização interna dos materiais.
O acelerador de Campinas também recebe pesquisas sobre solos, plantas e processos químicos. Cada experiência utiliza instrumentos adequados à pergunta científica investigada.
O Sirius já está funcionando ou ainda permanece em construção?
O Sirius já opera e atende pesquisadores, embora sua expansão continue em andamento. O primeiro circuito completo de elétrons em seu anel de armazenamento ocorreu em novembro de 2019.
Atualmente, o equipamento é utilizado em projetos científicos apresentados por instituições e empresas. As linhas de luz são disponibilizadas conforme suas condições operacionais e os processos de seleção.
O LNLS informa a situação das estações de pesquisa, incluindo 12 linhas já abertas da primeira fase e outras em montagem ou testes.
O planejamento permite chegar a até 38 linhas de luz. Esse número representa a capacidade futura da infraestrutura, não a quantidade de estações que já estão disponíveis.
Com novas instalações em desenvolvimento, o Sirius continuará ampliando os tipos de experimentos realizados em Campinas. O funcionamento do anel principal já sustenta pesquisas científicas enquanto outras áreas da instalação são preparadas.
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