Um acelerador de 518 metros abriu caminho para enxergar estruturas atômicas no Brasil

O Sirius nasceu quando o UVX ficou pequeno

Em 2020, o Sirius, no CNPEM, em Campinas, iniciou sua primeira fase de operação científica. A construção substituiu o UVX, acelerador de segunda geração que atendia usuários desde 1997. O laboratório precisava de mais brilho para observar estruturas atômicas e moleculares em experimentos que o equipamento anterior já não conseguia sustentar.

A cena decisiva aconteceu em 2012. O projeto que o LNLS vinha desenhando havia três anos ainda era de terceira geração quando um comitê internacional recomendou buscar uma emitância muito menor, parâmetro que concentra melhor o feixe de elétrons. Em poucos meses, a equipe recomeçou o desenho e adotou uma rede magnética 5BA, mais difícil de construir, mas capaz de produzir um feixe muito mais brilhante.

Antônio José Roque da Silva assumiu a direção do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron em 2009 e liderou a construção do Sirius. Pesquisadores, engenheiros, técnicos e fornecedores enfrentaram juntos os problemas da rede magnética, do piso e do vácuo.

Um anel de 518 metros persegue um feixe mais concentrado

O Sirius tem energia de 3 gigaelétron-volts, medida da energia dos elétrons, e um anel de 518 metros de circunferência. O anel do UVX tinha 93 metros e energia de 1,37 gigaelétron-volt. São as circunferências de dois anéis de armazenamento do mesmo laboratório.

O ganho não vem apenas do tamanho. Ímãs organizados na rede 5BA fazem o feixe mudar de direção em muitos trechos curtos, reduzindo sua emitância. Quando os elétrons curvam, emitem luz síncrotron; as linhas de luz instaladas ao redor do anel capturam essa radiação e a levam aos experimentos. Para o leitor, o acelerador funciona como uma pista circular em que cada curva precisa estar no lugar exato para que o feixe continue concentrado.

O piso de concreto também faz parte do acelerador

Um feixe tão estreito não pode receber vibrações significativas do prédio. Por isso, o túnel e os aceleradores ficam sobre uma laje de concreto de 90 centímetros, apoiada em uma estrutura de solo-cimento compactado com 3 metros de espessura. Sob o acelerador, 1.500 estacas de 10 a 15 metros ajudam a manter o solo estável depois do corte e do aterro do terreno.

A equipe também integrou o projeto dos ímãs e dos suportes. Ímãs menores, com centro de massa mais baixo, foram posicionados por superfícies de referência em vigas metálicas curtas; niveladores rígidos conectam o conjunto a blocos de concreto fixados ao solo.

Cobre e vácuo mantêm os elétrons em órbita

A rede magnética compacta também estreitou o espaço disponível para o feixe. O projeto trocou as câmaras de aço inoxidável previstas no desenho antigo por câmaras de cobre, que conduzem melhor calor e eletricidade. O material ajuda a lidar com o calor e com os efeitos elétricos produzidos pela passagem do feixe dentro de um espaço muito pequeno.

Para retirar moléculas residuais do caminho dos elétrons, o laboratório usa um revestimento nas paredes das câmaras que captura esses gases. A equipe desenvolveu internamente a aplicação em geometrias complexas e revestiu cerca de 99% da circunferência do anel.

Mais de 300 empresas fizeram parte da máquina

A engenharia não terminou no desenho do acelerador. O projeto envolveu mais de 300 empresas brasileiras, de pequeno, médio e grande portes, e mais de 40 delas fizeram desenvolvimentos tecnológicos específicos para o Sirius. O índice de nacionalização informado pelo LNLS é de cerca de 85% dos recursos investidos no país.

A Toyo Matic forneceu niveladores dos ímãs e componentes dos monitores de posição dos elétrons. Edvaldo Rosa, diretor industrial da empresa, descreveu a precisão exigida:

As peças têm, além de formas complexas, tolerâncias muito apertadas, na ordem de três a cinco milésimos de milímetros.

Sirius saiu do canteiro e virou infraestrutura aberta

A construção se transformou em operação científica. A primeira fase começou em 2020 e previa 14 linhas de luz para cobrir as técnicas mais importantes da comunidade de pesquisa. Em 2025, dez linhas estavam plenamente abertas a usuários de qualquer instituição brasileira ou estrangeira; duas operavam em caráter experimental e duas estavam próximas de ficar prontas.

Em 2024, 437 estudos usaram alguma linha do Sirius; em 309 deles, os responsáveis eram pesquisadores externos ao CNPEM. Pesquisadores dos próprios laboratórios do centro também submetem suas propostas à avaliação, sem prioridade automática sobre os usuários externos.