Prende il nome dalla stella più luminosa del cielo notturno, Sirio è una delle prime sorgenti di luce di sincrotrone di quarta generazione al mondo e si trova nella città di Campinas, nello stato di San Paolo, in Brasile.
L'apparecchiatura più complessa e più grande mai costruita nel Paese, Sirius, consentirà agli scienziati di sviluppare la ricerca di frontiera. Sono attese scoperte rivoluzionarie in diversi campi come l'energia, l'ambiente e la salute. Sirius è stato progettato per avere - proprio come la stella - la luce più brillante di tutte le apparecchiature del suo genere. Ed è pronto per essere utilizzato.
Sirius si trova all'interno di una grande istituzione privata chiamata Centro Brasiliano per la Ricerca in Energia e Materiali (CNPEM), sotto la supervisione del Ministero brasiliano della Scienza, della Tecnologia e delle Innovazioni (MCTI).
L'istituzione guida altri quattro laboratori nazionali. Essendo un'istituzione senza scopo di lucro focalizzata sulla ricerca e lo sviluppo, il CNPEM ha la funzione di sostenere l'innovazione in diversi settori come i materiali, la salute, l'alimentazione, l'ambiente, l'energia e molto altro. Il CNPEM è in grado di integrare le conoscenze scientifiche e tecnologiche di tutti i suoi laboratori nazionali.
Funzionando come un (enorme) microscopio, Sirius copre un'ampia porzione dello spettro elettromagnetico: la sua luce va dalle onde infrarosse agli ultravioletti e include anche i raggi X. Dotato di tutto ciò, Sirius sarà in grado di rivelare molte caratteristiche dei materiali, a livello molecolare e atomico, e persino di esaminare le strutture elettroniche.
Ciò consente una ricerca multidisciplinare che risponderà a domande accademiche e industriali. Per produrre la luce di sincrotrone, le particelle cariche - come gli elettroni - vengono accelerate alla velocità della luce in un percorso controllato da campi magnetici.
Oggi esiste più di un'apparecchiatura analoga a Sirius nel mondo, come la European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) situata in Francia. E prima di Sirius, l'istituzione CNPEM ha utilizzato un'altra apparecchiatura simile, la prima sorgente di luce di sincrotrone brasiliana, nota come UVX. molto più piccolo di Sirius, con un'elevata affidabilità e stabilità. Tuttavia, quando Sirius fu terminato, l'apparecchiatura fu spenta. Nel corso degli anni gli scienziati hanno avuto bisogno di più informazioni di quelle che l'UVX poteva fornire, raggiungendo i suoi limiti di spazio fisico e di capacità tecniche.
In una cronologia, la prima discussione sul progetto Sirius risale al 2003, quando il progetto ha iniziato a prendere forma. La costruzione dell'edificio è iniziata nel 2015 e nel 2018 è stata finalmente inaugurata.
Anche se l'edificio è stato completato, la fase successiva di inserimento di tutte le attrezzature all'interno era solo all'inizio.
A differenza degli UVX che potevano analizzare i materiali solo a livelli superficiali, l'energia generata da Sirius è in grado di penetrare in materiali duri e solidi con una profondità di centimetri.
"È stato come scattare una foto in condizioni di scarsa luminosità", afferma Antonio José Roque da Silva, fisico, direttore del CNPEM e di SIRIUS in una dichiarazione sull'UVX. "Sirius ha una maggiore intensità luminosa e per questo motivo cattura in modo più veloce, come un film invece di una foto".
Sirio avrà un'energia due volte superiore e un'emittanza 360 volte inferiore che porterà a diverse frequenze di luce un miliardo di volte più luminose di UVX.
Per quanto riguarda il funzionamento dell'apparecchiatura, questa è la struttura di base di Sirius:
La struttura di base della Sorgente di Luce di Sincrotrone è costituita essenzialmente da due grandi gruppi di acceleratori di particelle, il Sistema di iniezione e il Anello di conservazione.
Il sistema di iniezione comprende l'acceleratore lineare, o Linac, e il sincrotrone iniettore, o Booster.
Insieme, entrambi hanno il ruolo di produrre il fascio di elettroni e di accelerarlo fino a raggiungere il livello di energia necessario per operare nell'anello di accumulazione.
Inoltre, sono incluse due linee di trasporto, una che trasferisce il fascio di elettroni dal Linac al Booster e l'altra dal Booster all'anello di stoccaggio.
Il Linac produce un impulso di corrente in modo pulsato, in particolare due impulsi al secondo, e poi l'impulso di corrente prodotto viene iniettato nel Booster.
Una volta nel Booster, i fasci di elettroni vengono accelerati fino a raggiungere il livello di energia necessario per essere iniettati nell'anello di stoccaggio.
A sua volta, l'Anello di accumulo, che è l'acceleratore principale, responsabile di sostenere il fascio di elettroni immagazzinato per lunghi periodi, è il luogo in cui la luce di sincrotrone viene infine prodotta.
Inoltre, per controllare il percorso del fascio di elettroni, si utilizzerà una combinazione di diversi magneti che producono un campo magnetico, o Lattice magnetico, per mantenere la messa a fuoco e correggere il percorso del fascio di elettroni.
Alla fine, la luce di sincrotrone sarà disponibile in stazioni sperimentali situate intorno all'anello di stoccaggio, chiamate Beamlines: è qui che gli scienziati collocheranno i loro campioni di materiali e produrranno dati per studiarli ulteriormente.
L'immagine qui sopra - disponibile sul sito web del CNPEM - mostra un'illustrazione di SIRIUS, dove l'anello di stoccaggio rappresentato dal cerchio blu ha una circonferenza di circa 518 metri, mentre il Booster visualizzato in arancione è di circa 496 metri.
Il Linac, invece, è molto più piccolo, con soli 32 metri, rappresentati dalla linea rosa.
Pertanto, queste sorgenti di luce di sincrotrone di quarta generazione aiuteranno gli scienziati ad andare più a fondo - letteralmente - nella loro ricerca, ottenendo spazio e strumenti migliori per analizzare argomenti complessi.
Ad esempio, un'analisi più avanzata del suolo aumenterà le conoscenze sullo sviluppo dei fertilizzanti, portando alla produzione di prodotti agricoli meno tossici, a beneficio della salute umana e dell'ambiente.
Allo stesso modo, Sirius permetterà agli scienziati di sviluppare nuovi materiali grazie a uno studio più completo delle strutture delle nanoparticelle.
Il 21 ottobre 2020 è stata aperta alla ricerca la prima linea di fascio Sirius, chiamata Manacá. Questa linea è destinata a concentrarsi sulle macromolecole, studiando le proteine e le loro interazioni con i farmaci.
In futuro saranno aperte altre cinque linee di luce, chiamate Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê e Mogno. Ognuna di esse si concentrerà su un tipo specifico di analisi. Oggi queste linee di luce sono in fase avanzata di installazione ed entro la fine del 2021 alcune dovrebbero essere completate.
In totale, la struttura Sirius avrà 14 stazioni di lavoro. Il progetto completo comprende altre sette linee di luce, la cui apertura è prevista per il 2021. Tuttavia, il numero di linee di luce potrà essere gradualmente ampliato, fino a raggiungere 40 stazioni sperimentali.
Guarda il video sulla costruzione di Sirius quicon testimonianze e spiegazioni direttamente dagli ingegneri coinvolti.
E potete anche visitare Sito ufficiale del CNPEM che contiene tutte le informazioni su il progetto SIRIUS.
Alla fine, Sirius non ha aspettative solo per gli scienziati brasiliani, ma l'entusiasmo per i progressi della ricerca fa il giro del mondo. Forza scienza!
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