Por que tão Sirius?

Publicado em 11/06/2020
Por UOL em 01/06/2020

 

Sirius é a estrela mais reluzente do céu noturno. Mas, em Campinas (SP), se você procurar por este nome será levado a algo muito diferente: um gigantesco acelerador de partículas, quase do tamanho do estádio do Maracanã, com 518 metros de circunferência e 68 mil m², construído na zona rural da cidade, no campus do Cnpem (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais). Não por acaso, um dos projetos mais brilhantes da história da ciência brasileira.
Estamos falando de um laboratório de 4ª geração para produção de luz síncroton, avaliado em R$ 1,8 bilhão, que só pode ser comparado ao MAX-IV, da Suécia. As pesquisas feitas ali estão no limite do que a física permite atualmente e alcançam escalas mínimas, no nível das partículas elementares (átomos e moléculas).
Imagine que este enorme anel metálico serve para fazer circular feixes de elétrons de forma tão rápida que formam linhas de luzes – as tais luzes síncroton. Essa luminosidade funciona como um poderosíssimo raio-X, capaz de analisar rapidamente a estrutura interna de materiais orgânicos e inorgânicos.
O projeto brasileiro tem a luz mais brilhante do mundo, de qualidade incomparável, e um zoom único, de até 500 vezes.

“O que temos aqui, você não acha no Hemisfério Sul. Em relação à luz síncrotron, você não acha em nenhum lugar do mundo. Essa máquina está no limite da tecnologia mundial”
Fernando Bacchim, líder do grupo de proteção radiológica do Cnpem

Isso quer dizer que temos à disposição de nossos pesquisadores uma ferramenta 4D de alto nível, a forma mais moderna hoje de estudar em detalhes e de forma menos invasiva, por exemplo, vírus (como o novo coronavírus), proteínas, plantas, etc. E esse tipo de escrutínio pode apontar rapidamente caminhos para remédios e vacinas.

Chegamos para conhecer o complexo dias antes do isolamento social ser decretado em São Paulo e, sem saber que ficaríamos os próximos meses trancados em casa, percorremos todo o caminho que os elétrons fazem lá dentro. Olhando em retrocesso, foi simbólico dar aqueles passos por aquilo que nos coloca em um novo nível tecnológico, comprova o potencial da pesquisa nacional e traz esperança para o futuro -tudo o que precisamos hoje.

Por dentro do acelerador
Gabriel Francisco Ribeiro/UOL

A arquitetura externa do laboratório, com suas curvas que se perdem no horizonte, é realmente impressionante, mas é dentro do prédio de 15 metros de altura que estão os avanços tecnológicos e estruturais.
Qualquer movimento ou vibração no feixe pode inviabilizar uma pesquisa, então foi um desafio de engenharia garantir controle da estabilidade sem parâmetros anteriores e com base apenas em modelo matemático. “Todo o projeto foi pensado para minimizar vibrações que pudessem vir da vizinhança, do entorno e da rodovia próxima”, diz Nivaldo Santos, que coordenou a construção feita pela Racional Engenharia.
Isso quer dizer que você entra pelo térreo, sobe até o primeiro andar, onde está o acelerador, e percorre os 518 metros da estrutura sem que haja qualquer desnível de mais do que 10 mm. Para obter isso, foram usadas mais de 1.500 estacas fincadas no chão para sustentar o piso.

Chão
Os engenheiros usaram controle de topografia, estudos do solo e sísmicos, para chegar ao piso perfeito, com variação de nivelamento de até 10 mm. A solução veio de estacas instaladas a 13 metros de profundidade e concreto especial de baixíssima deformação.

Temperatura
Dentro do túnel do acelerador, a variação térmica máxima é de 0,1ºC. Fora chega a 1ºC. Para alcançar isso, um sistema monitora a temperatura do ambiente e faz ajustes automáticos junto ao ar-condicionado.

Vibração
Os equipamentos são tão sensíveis que captam um abalo sísmico a milhares de quilômetros. Os encanamentos, por exemplo, contam com molas. Um estudo geofísico da área criou parâmetros do terreno e a estrutura entende e isola possíveis vibrações.

A enorme estrutura curva deixa o ambiente um pouco atordoante -sem começo nem fim, não dá para ter muita noção de que ponto se está. Quando entrei ali, imaginei que logo enxergaria um grande túnel para acelerar partículas. Mas, é o contrário: esse gigante serve para abrigar pequenos dutos, do tamanho de canos domésticos, por onde passam os elétrons.

Os dutos são vigiados por um grupo de engenheiros que ficam numa sala, cercados de telas. Eles que monitoram e regulam o equilíbrio do ambiente, a partir da leitura de mais de 200 mil variações do equipamento.

Quando tudo está perfeito, é hora de começar a corrida.

Faça-se a luz

Parte 1: o Linac

Tudo começa no Linac (sigla em inglês de Linear Particle Accelerator, acelerador de partículas linear), um tubo reto de 30 metros.

Os elétrons ficam parados e contidos em um metal aquecido do tamanho de uma moeda, dentro de uma peça de cerâmica branca.

Um sistema injetor coloca uma diferença de potencial que os desestabiliza e faz com que eles queiram sair dali, dando início à movimentação.

Estruturas com micro-ondas oscilantes “empurram” os elétrons para frente até que alcancem a velocidade de 150 milhões de eletrovolts.

Um imã azul joga esses elétrons para a segunda parte da aventura.

Parte 2: Booster + Anel

Do Linac, os elétrons seguem para outro túnel, dividido em dois, onde estão o Booster e o Anel de Armazenamento. No Booster, eles ganham mais velocidade e chegam a 3 bilhões de eletrovolts. Depois, seguem para o anel principal. Três imãs atuam nesta parte:

Ímã azul: de dipolo, faz o feixe dos elétrons fazer curvas
Ímã laranja: de quadripolos, servem como focalizadores ou defocalizadores dos elétrons
Ímã verde: ajuda a corrigir a ótica do feixe

Para conseguir essa aceleração, são três “segredos”: vácuo, fios com água e curvas suaves.

Os tubos de vácuo têm menos moléculas do que o ar espacial que separa a Terra e a Lua (qualquer elemento mínimo pode exercer influência sobre os elétrons).

Água no interior dos fios refrigera os cabos que levam corrente elétrica aos imãs (tão forte que poderia derretê-los).

As curvas devem ser bem delicadas para não interromper o feixe (para curvas bruscas, seria preciso um campo magnético infinitamente maior)

São as curvas que fazem os elétrons acelerados perderem energia e emitirem luz – um feixe 35 vezes menor que um fio de cabelo, por sinal.

Parte 3: Luz para cabines

A luz sai por um tubo e vai para as cabanas de pesquisas, espaços bem grandes (alguns passam de 100 metros) separados dos aceleradores por grossas paredes. Esta parte ainda está em construção, mas a ideia é ter diferentes cabanas para diferentes níveis de radiação, equipamentos e pesquisas -a luz síncrotron gera um amplo espectro e o diferencial do Sirius é permitir estudar desde objetos maiores a partículas mínimas.

Na primeira fase de entrega, ainda neste ano, devem ser disponibilizadas 13 cabanas de pesquisa, mas a capacidade total é de 40.

Assim como fazemos para ver com nossos próprios olhos, quando tentamos “enxergar” estruturas no nível atômico também precisamos de luz. E quanto mais luz, mais detalhada a imagem. Cada comprimento de onda da luz utilizada corresponde a um nível de detalhamento -raios-x curtos são para enxergar átomos, raios-x mais longos e ultravioletas são para estudar reações químicas, radiação infravermelha para vibrações atômicas em moléculas e sólidos.

“E isso tudo foi feito com tecnologia nacional…”

Essa é a frase que mais se ouve no Sirius. Da construção aos detalhes técnicos, 86% do projeto foi feito por empresas nacionais, com o claro objetivo de gerar conhecimentos para a indústria local. Os ímãs foram feitos pela catarinense WEG e as câmeras de vácuo pela paulista Termomecânica, por exemplo. “É uma grande oportunidade de testarmos no estado da arte desenvolvimento, produção e qualidade. Discutimos níveis de exigência na ordem de mícrons, o que tem exigido aprendizado e técnicas de extrema complexidade da nossa equipe. E esse conhecimento pode ser transferido para novos produtos”, contou o diretor industrial da WEG, Alberto Yoshikazu Kuba.

Para onde nos leva
Henrique Grandi/UOL

Os primeiros marcos alcançados sequer são considerados experimentos, são apenas testes feitos com o acelerador em baixa potência para provar seu funcionamento. Quando ele estiver a pleno vapor, aí sim estará pronto para revolucionar a pesquisa em inúmeras áreas.

“Ele é um laboratório multiusuário, multitécnicas e que praticamente todo pesquisador consegue, de uma forma ou de outra, levar sua pesquisa para lá”, ressalta a pesquisadora Nathaly Lopes, do Cnpem, que trabalha com fluxo de fluidos em meios porosos para limpeza de aquíferos.

Já rolou a 1ª volta…

11.2019 – O Sirius realizou a primeira volta completa de elétrons, teste vital para provar que todas as estruturas e sistemas funcionavam de forma integrada.

… e a 1ª imagem

12.2019 – A baixa potência, para provar que gera luz síncroton, produziu as 1ª imagens de pesquisa: tomografias de rocha e coração de camundongo.

Você deve estar perguntando para que serve uma microtomografia de uma rocha. As imagens feitas pelo Sirius de um mineral similar ao do pré-sal brasileiro podem relevar as interações de líquidos com a rocha e levar à descoberta de novas substâncias para a indústria petrolífera. Ou seja, um “novo petróleo”.
Já o estudo da morfologia das células do coração mostra as diferenças entre um coração saudável e um doente, o que abre novos caminhos de investigação sobre quais células são afetadas por determinada doença e quais se regeneram mais facilmente, por exemplo.
Ao estudar a estrutura de uma ponte, é possível olhar para uma rachadura e saber como ela surgiu. A luz síncroton permite imagens não apenas em 3D, mas com uma quarta dimensão de tempo. “É como se fosse um vídeo que você acompanha. Você pode fazer um ensaio de tração ou tensão e entender quando e por que começou a rachadura”, explica a cientista.
Além disso, as imagens podem ser aproximadas em até 500 vezes, como um “Google Maps dentro de uma célula, dando close em país, Estado, cidade, bairro, rua”, o que permite ver estruturas mil vezes menores que um fio de cabelo. Assim, você consegue pesquisar a evolução de patologias sem precisar sacrificar animais para ver o que aconteceu por dentro. Se você quer acompanhar processo inflamatório, ver a doença crescendo, qual a ação de um medicamento ou se ele fez melhorar, basta alinhar a radiação.
Agora, imagine que estas são apenas algumas das linhas de pesquisa que já estão previstas para acontecer ali. Quando as 40 cabanas estiverem ocupadas e funcionando, teremos a real dimensão do avanço científico.

“A importância do Sirius, não só para o Brasil, mas para a América Latina. É resolver problemas da nossa região, estudar plantas daqui, doenças que ocorrem aqui. Se não é a gente tentando resolver nossos problemas, provavelmente não vai ter outro laboratório desse tipo no mundo querendo resolver. Eles estão interessados nos problemas deles”, resumiu Lopes.

Áreas que podem ser revolucionadas

Saúde
Entendimento maior sobre vírus, bactéria, proteínas e unidades intracelulares complexas de organismos, etapa vital na fabricação de novos medicamentos e no combate a câncer, Alzheimer e Parkinson, por exemplo. O cérebro poderá ser analisado de acordo com os estímulos que recebe.

Energia
Criação de novas tecnologias de exploração de petróleo e gás natural e desenvolvimento de novos materiais, mais leves e eficientes, nos campos das energias solares, células combustíveis e baterias.

Agricultura
Análises de solo e desenvolvimento de fertilizantes mais eficientes e baratos, além de menos nocivos ao meio ambiente e à saúde. Mapear localização de nutrientes em vegetais para gerar plantas que precisam de menos água e resistentes a pragas.

Tecnologia
Análises das nanopartículas podem levar a uma bateria para celular que, quando carregada apenas uma vez, dure cinco anos.

Radiação tá ok?
Por fim, se você ficou preocupado com a radiação envolvida nesse gigante, saiba que as medições são feitas na porta do acelerador, mas, de qualquer forma, não estamos falando de algo perigoso. “No pior dos acidentes, de alguém aqui dentro ser exposto ao feixe, seria uma dose menor do que uma tomografia hospitalar”, explica Fernando Bacchim, líder do grupo de proteção radiológica do Cnpem.

Ainda assim, para evitar que isso aconteça, são várias etapas de proteção:

Isolamento do ambiente (paredes de concreto com espessura que varia entre 0,80 cm a 1,5 m).
Monitoramento constante dos níveis de radiação auditado por comissão externa
Recursos que detectam quando há alguém no túnel e impedem a máquina de ser ligada
Travas de segurança ao longo dos 581 metros do equipamento devem ser desativadas para funcionar