Nommé d'après l'étoile la plus brillante du ciel nocturne, Sirius est l'une des premières sources de rayonnement synchrotron de quatrième génération au monde. Elle est située dans la ville de Campinas, dans l'État de São Paulo, au Brésil.
L'équipement le plus complexe et le plus grand jamais construit dans le pays, Sirius, permettra aux scientifiques de développer la recherche de pointe. Des découvertes révolutionnaires sont attendues dans différents domaines tels que l'énergie, l'environnement et la santé, entre autres. Sirius est conçu pour avoir - tout comme l'étoile - la lumière la plus brillante de tous les équipements de ce type. Et il est prêt à être utilisé.
Sirius est placé au sein d'une grande institution privée appelée le Centre brésilien de recherche sur l'énergie et les matériaux (CNPEM), qui est sous la supervision du ministère brésilien des sciences, des technologies et des innovations (MCTI).
L'institution dirige quatre autres laboratoires nationaux. En tant qu'institution à but non lucratif axée sur la recherche et le développement, le CNPEM a pour fonction de soutenir l'innovation dans différents domaines tels que les matériaux, la santé, l'alimentation, l'environnement, l'énergie, etc. Le CNPEM est capable d'intégrer les connaissances scientifiques et technologiques de tous ses laboratoires nationaux.
Fonctionnant comme un (énorme) microscope, Sirius couvre une grande partie du spectre électromagnétique, sa lumière allant des ondes infrarouges à l'ultraviolet, en passant par les rayons X. Il pourra ainsi révéler de nombreuses caractéristiques matérielles, au niveau moléculaire et atomique, et même examiner des structures électroniques. Équipé de tout cela, Sirius sera en mesure de révéler de nombreuses caractéristiques des matériaux, aux niveaux moléculaire et atomique, et même d'examiner les structures électroniques.
Cela permet une recherche multidisciplinaire qui répondra à des questions académiques et industrielles. Pour produire le rayonnement synchrotron, les particules chargées - comme les électrons - sont accélérées à une vitesse proche de celle de la lumière dans un parcours contrôlé par des champs magnétiques.
Aujourd'hui, il existe plus d'un équipement analogue à Sirius dans le monde, comme l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) situé en France. Et avant Sirius, l'institution CNPEM utilisait un autre équipement similaire, la première source de lumière synchrotron brésilienne - connue sous le nom d'UVX -. beaucoup plus petit que Sirius, avec une grande fiabilité et stabilité. Cependant, lorsque Sirius a été terminé, l'équipement a été mis hors service. Au fil des ans, les scientifiques ont eu besoin de plus d'informations que l'UVX ne pouvait en fournir, atteignant ses limites d'espace physique et de capacités techniques.
Dans une chronologie, la première discussion sur le projet Sirius remonte à 2003, le projet commençant à prendre forme. La construction du bâtiment a commencé en 2015 et a été inaugurée en 2018.
Bien que le bâtiment soit terminé, l'étape suivante qui consiste à mettre tout l'équipement à l'intérieur ne faisait que commencer.
Contrairement à l'UVX qui ne pouvait analyser les matériaux qu'à des niveaux superficiels, l'énergie générée par Sirius est capable de pénétrer dans les matériaux durs et solides sur une profondeur de plusieurs centimètres.
"C'était comme prendre une photo en basse lumière", a déclaré Antonio José Roque da Silva, physicien, directeur du CNPEM et de SIRIUS dans une déclaration à propos de l'UVX. "Sirius a une plus grande intensité lumineuse et, de ce fait, la capture sera plus rapide, comme un film au lieu d'une photo".
Sirius aura deux fois plus d'énergie et 360 fois moins d'émittance, ce qui donnera des fréquences de lumière différentes, un milliard de fois plus brillantes que celles des UVX.
En ce qui concerne le fonctionnement de l'équipement, voici la structure de base de Sirius :
La structure de base de la source de lumière synchrotron consiste essentiellement en deux grands ensembles d'accélérateurs de particules, le Système d'injection et le Anneau de stockage.
Le système d'injection comprend l'accélérateur linéaire, ou Linac, et le synchrotron à injecteur, ou Booster.
Ensemble, ils ont pour rôle de produire le faisceau d'électrons et de l'accélérer jusqu'à ce qu'il atteigne le niveau d'énergie requis pour fonctionner dans l'anneau de stockage.
En outre, deux lignes de transport sont incluses, l'une transférant le faisceau d'électrons du Linac au Booster et l'autre du Booster à l'anneau de stockage.
Le Linac produit une impulsion de courant de manière pulsée, plus précisément deux impulsions par seconde, puis l'impulsion de courant produite est injectée dans le Booster.
Une fois dans le booster, les faisceaux d'électrons sont accélérés jusqu'à ce qu'ils atteignent le niveau d'énergie nécessaire pour être injectés dans l'anneau de stockage.
À son tour, l'anneau de stockage, qui est l'accélérateur principal, chargé de maintenir le faisceau d'électrons stocké pendant de longues périodes, est l'endroit où le rayonnement synchrotron est finalement produit.
En outre, pour contrôler la trajectoire du faisceau d'électrons, une combinaison de différents aimants produisant un champ magnétique - ou treillis magnétique - va être utilisée pour maintenir le foyer et corriger la trajectoire du faisceau d'électrons.
Au final, le rayonnement synchrotron sera disponible dans des stations expérimentales situées autour de l'anneau de stockage, appelées Beamlines. C'est là que les scientifiques placeront leurs échantillons de matériaux et produiront des données pour les étudier plus avant.
L'image ci-dessus - disponible sur le site du CNPEM - montre une illustration de SIRIUS, où l'anneau de stockage représenté par le cercle bleu a une circonférence d'environ 518 mètres, tandis que le booster affiché en orange a une circonférence d'environ 496 mètres.
Linac, en revanche, est beaucoup plus petit, avec seulement 32 mètres, représentés par la ligne rose.
Ainsi, ces sources de rayonnement synchrotron de quatrième génération aideront les scientifiques à aller plus loin - littéralement - dans leurs recherches, en gagnant de l'espace et de meilleurs outils pour analyser des sujets complexes.
Par exemple, une analyse plus poussée des sols permettra de mieux connaître le développement des engrais, ce qui conduira à la production de produits agricoles moins toxiques, au bénéfice de la santé humaine et de l'environnement.
De même, Sirius permettra aux scientifiques de développer de nouveaux matériaux grâce à une étude plus complète des structures des nanoparticules.
Le 21 octobre 2020, la première ligne de faisceau Sirius, appelée Manacá, a été ouverte à la recherche. Cette ligne est destinée à se concentrer sur les macromolécules, en étudiant les protéines et leurs interactions avec les médicaments.
À l'avenir, cinq autres lignes de faisceaux seront ouvertes à l'utilisation, appelées Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê et Mogno. Chacune d'entre elles se concentrera sur un type d'analyse spécifique. Aujourd'hui, ces lignes de faisceaux sont à un stade avancé d'installation, et d'ici la fin de 2021, certaines devraient être terminées.
Au total, la structure Sirius comptera 14 stations de travail. Le projet complet comprend sept autres lignes de faisceaux, dont l'ouverture est prévue en 2021. Toutefois, le nombre de lignes de faisceaux peut être progressivement étendu, pour atteindre jusqu'à 40 stations expérimentales.
Regardez une vidéo sur la construction de Sirius iciavec des témoignages et des explications provenant directement des ingénieurs concernés.
Et vous pouvez également visiter Site officiel du CNPEM qui contient toutes les informations sur le projet SIRIUS.
En fin de compte, Sirius est porteur d'espoirs non seulement pour les scientifiques brésiliens, mais aussi pour les avancées de la recherche dans le monde entier. Allez la science !
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