História do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron – parte 1. O sonho de uma grande máquina de pesquisa no Brasil e os passos prévios à construção do laboratório

Publicado em 04/03/2015
Portal SBPMat, em Fevereiro de 2015

 

Fotografia do LNLS mostrando tanto o acelerador principal quanto as linhas de luz. Créditos: Julio Fujikawa / Divulgação LNLS.

Fotografia do LNLS mostrando tanto o acelerador principal quanto as linhas de luz. Créditos: Julio Fujikawa / Divulgação LNLS.

Desde 1997, no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), na cidade de Campinas (SP), elétrons acelerados até uma velocidade muito próxima à da luz e comprimidos num feixe da espessura de um fio de cabelo percorrem um polígono de 93 metros de comprimento, chamado “anel de armazenamento”, gerando um tipo de radiação de brilho ímpar com importantes aplicações no estudo da matéria orgânica e inorgânica, a luz síncrotron.

Em diversos pontos em volta do anel, cientistas, principalmente do meio acadêmico e também da indústria, trabalham simultaneamente em diversos pequenos laboratórios, conhecidos como “estações experimentais” ou “linhas de luz”, cujos instrumentos científicos utilizam os feixes gerados pela fonte de luz síncrotron depois de ser filtrados por monocromadores. Graças a esses filtros, cada experimento recebe o tipo de radiação do espectro eletromagnético que necessita, do infravermelho até os raios X.

Ainda hoje, a fonte de luz síncrotron do LNLS é a única da América Latina. Desde a inauguração do laboratório, o uso das estações experimentais é gratuito e aberto à comunidade científica internacional. Os interessados submetem seus projetos de pesquisa a um comitê composto por membros da comunidade científica, que os encaminha à revisão por pares. As propostas aceitas conseguem um espaço na lotada agenda do LNLS, durante o dia ou à noite. Nos últimos tempos, o laboratório tem beneficiado cerca de 1.500 pesquisadores por ano, originários do Brasil (a maioria), da Argentina (cerca de 17%) e, em menores proporções, de outros países.

As possibilidades de pesquisa experimental disponíveis no LNLS são aproveitadas em trabalhos das mais variadas áreas do conhecimento, como Química, Física, Biologia, Ciências do Meio Ambiente, Geociências e, principalmente, Ciência e Engenharia de Materiais. “Para um número expressivo de pesquisadores dessa área no Brasil, as linhas de luz do LNLS são alguns dos principais instrumentos de medição nos seus programas de pesquisa”, diz Harry Westfahl Jr., diretor científico do LNLS desde março de 2013.

De acordo com Aldo Felix Craievich, cientista que teve uma importante participação ao longo de todo o processo de criação do LNLS e foi seu primeiro diretor científico, um dos objetivos do laboratório, desde o início, foi oferecer aos pesquisadores de Ciência e Engenharia de Materiais uma infraestrutura experimental única e de boa qualidade para suas pesquisas. “O funcionamento do LNLS durante 17 anos já permitiu a muitos cientistas e engenheiros de Materiais utilizarem as diversas linhas de luz, que lhes permitiram realizar pesquisas em condições muito favoráveis, a maior parte das quais seriam impossíveis em laboratórios clássicos”, completa.  De fato, a alta intensidade e outras características singulares da luz síncrotron permitem estudar os materiais com maior detalhe do que a radiação que pode ser produzida por fontes encontradas nos laboratórios das universidades. “Hoje, muitos materiais são nanomateriais e, neste contexto, os melhores tubos de raios X não conseguem concorrer com a radiação síncrotron”, afirma Yves Petroff, físico francês que dirigiu centros de luz síncrotron na Europa e foi diretor científico do LNLS de novembro de 2009 a março de 2013.

Contando com técnicas experimentais como difração de raios X (XRD), espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS), absorção de raios X (EXAFS, XANES), foto-emissão de elétrons (PES), espectroscopia VUV e microtomografia, as linhas de luz síncrotron permitem um amplo e profundo estudo da estrutura e propriedades dos materiais. “Os pesquisadores trazem ao LNLS os materiais criados em seus laboratórios, como, por exemplo, plásticos mais resistentes, catalisadores mais eficientes ou metais com propriedades eletrônicas e magnéticas inusitadas, para compreender em nível microscópico a manifestação dessas propriedades inovadoras descobertas, ou mesmo para guiar novas rotas de síntese”, exemplifica Harry Westfahl Jr.

De acordo com Aldo Craievich, a contribuição do LNLS ao desenvolvimento da Ciência de Materiais é atestada pela quantidade e qualidade de artigos publicados em revistas de alto impacto a partir de pesquisas experimentais realizadas no laboratório. A título de exemplo, Craievich comenta que, no triênio 2006 – 2008, de um total de 547 publicações em revistas indexadas geradas a partir de trabalhos desenvolvidos no LNLS (as quais podem ser acessadas nos relatórios anuais do LNLS), 211 foram publicadas em periódicos da área de Ciência de Materiais, número que aumenta ao se adicionar as publicações de Química e Física que tratam de aspectos básicos das propriedades de materiais sólidos.

Entretanto, a contribuição do LNLS ao desenvolvimento científico-tecnológico do país começou antes que o laboratório abrisse suas portas à comunidade científica da academia e da indústria. O processo de criação e implantação do LNLS como Laboratório Nacional foi uma rica experiência para seus protagonistas e uma história interessante de se conhecer, principalmente devido ao fato de que a maior parte da fonte de luz síncrotron e das linhas de luz foi projetada e fabricada no país.

Gênese do LNLS: os primórdios

O desejo de possuir no Brasil um grande acelerador de partículas é quase tão antigo como a comunidade de físicos do país. Uma das primeiras tentativas de instalar um equipamento desse tipo ocorreu no início da década de 1950 e se caracterizou por ser uma proposta de construção, em vez da compra, de uma dessas grandes máquinas. O militar e cientista Almirante Álvaro Alberto da Motta e Silva, que tinha liderado a recente criação do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e presidia a instituição, viu na Universidade de Chicago um acelerador de partículas tipo sincrocíclotron e voltou ao Brasil com a proposta de fabricar um pequeno equipamento desse tipo no Rio de Janeiro, no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), para treinar técnicos e cientistas do país que depois pudessem fabricar uma máquina maior. O projeto foi iniciado em 1952. Em 1960, o sincrocíclotron pequeno funcionou pela primeira vez, mas, por diversos motivos, nunca chegou a ficar totalmente operacional.

Passado o período mais duro da ditadura militar brasileira, no qual muitos cientistas saíram do país, o assunto dos grandes equipamentos científicos foi retomado e, em 1981, o presidente do CNPq, Lynaldo C. Albuquerque, chamou a comunidade científica a elaborar propostas de grandes máquinas de pesquisa para implantar no Brasil. Em resposta, ocorreram no CBPF as primeiras discussões sobre a construção de uma fonte de luz síncrotron. No final do ano, uma proposta foi apresentada por Roberto Lobo, diretor do CBPF, ao presidente do CNPq. Em 1982, ambos os cientistas visitaram o laboratório nacional de luz síncrotron francês LURE, da Université Paris-Sud, onde Aldo Craievich estava realizando um estágio de pós-doutorado e adquirindo valiosa experiência em aplicações dessa radiação.

“Desde o início, o pequeno grupo de pessoas que participávamos dessas discussões percebemos que, para levar adiante esse projeto de grande porte, alta complexidade e elevado custo, era necessário conseguir um consenso da comunidade científica brasileira e atrair um razoável número de potenciais usuários interessados”, comenta Craievich. Nas lembranças do cientista, a primeira apresentação pública das ideias preliminares ocorreu no Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada realizado em Cambuquira, em abril de 1982. “Na ocasião observou-se certa resistência da comunidade científica ao ser informada do elevado custo do projeto, pelo temor de que isso pudesse afetar o financiamento de outros em andamento”, conta Craievich.

Mesmo assim, Lobo, Craievich e mais alguns pesquisadores do CBPF elaboraram um primeiro documento formal visando à implantação de uma fonte de luz síncrotron no Brasil (“Proposta preliminar do estudo de viabilidade para a implantação de um laboratório nacional de radiação de síncrotron”), o qual, em 1983, foi aprovado pelo CNPq. O CNPq criou então o Projeto Radiação Sincrotrónica (PRS), coordenado por Roberto Lobo, e se dispôs a alocar verbas para formar recursos humanos para desenvolver o projeto e treinar futuros usuários. Ainda em 1983, no mês de outubro, o CNPq instaurou o comitê executivo do PRS, o qual era coordenado por Aldo Craievich (CBPF) e contava com mais sete participantes ligados ao CBPF, UFRJ, UNICAMP e USP. Entre eles, constavaRicardo Rodrigues, que, alguns anos depois, seria nomeado diretor técnico na fase de construção do laboratório. Para promover uma maior divulgação e discussão do projeto e a formação de futuros usuários foi realizado, em agosto de 1983, no CBPF, o Encontro sobre Técnicas e Aplicações da Radiação Síncrotron, do qual participaram 220 cientistas. Também com o objetivo de formar novos recursos humanos no início de 1984, o PRS lançou uma chamada oferecendo bolsas do CNPq de iniciação científica, mestrado, doutorado, pós-doutorado e pesquisa, em temas relacionados à construção da fonte e linhas de luz e suas aplicações.

Mais duas novidades marcaram o ano de 1984 na história do LNLS. O PRS passou a contar com um comitê técnico-científico (CTC), presidido por Roberto Lobo (USP) e formado por uma dúzia de cientistas ligados ao CBPF, IPT, PUC-Rio, UNICAMP e USP, inclusive Cylon Gonçalves da Silva, que se tornaria o primeiro diretor do laboratório em 1986 e lideraria sua efetiva implantação. Além disso, em dezembro de 1984, o CNPq deu mais um passo rumo à construção da fonte de luz síncrotron ao criar a figura do Laboratório Nacional de Radiação Síncrotron (LNRS), com Roberto Lobo como diretor pro tempore, e ainda sem lugar designado para sua sede.

Logo depois da criação do LNRS, o CNPq fez uma chamada à comunidade científica para que fossem submetidas propostas para a sua futura sede. Das quatro propostas de locais – Rio de Janeiro, Niteroi, Campinas e São Carlos -, o presidente do CNPq, numa das últimas resoluções de sua gestão pouco antes do fim do governo militar, em fevereiro de 1985, escolheu Campinas como futura sede do LNRS.

Na próxima edição do Boletim da SBPMat, não perca a reportagem sobre a segunda parte desta história – a fase da construção do laboratório.

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