SIRIUS: Verdens sterkeste synkrotronlys

Oppkalt etter den klareste stjernen på nattehimmelen, Sirius is one of the first fourth-generation synchrotron light sources in the world and is located in the city of Campinas in São Paulo state, Brazil.

The most complex and the biggest equipment ever built in the country, Sirius, will allow scientists to develop frontier research. Breakthrough discoveries are expected in different fields like energy, environment, health among others. Sirius is designed to have – just like the star – the brightest light of all equipment of its kind. And it’s ready to be used.

Sirius er plassert i en stor og privat institusjon kalt Brazilian Center for Research in Energy and Materials (CNPEM), som er underlagt det brasilianske departementet for vitenskap, teknologi og innovasjon (MCTI).

Institusjonen driver fire andre nasjonale laboratorier. CNPEM er en ideell institusjon med fokus på forskning og utvikling, og har som oppgave å støtte innovasjon på ulike områder som materialer, helse, mat, miljø, energi og mye mer. CNPEM er i stand til å integrere vitenskapelig og teknologisk kunnskap fra alle de nasjonale laboratoriene.

Sirius fungerer som et (enormt) mikroskop og dekker en stor del av det elektromagnetiske spekteret. Lyset går fra infrarøde bølger til ultrafiolett og inkluderer også røntgenstråling. Utstyrt med alt dette vil Sirius kunne avsløre mange materialegenskaper på molekylært og atomært nivå og til og med undersøke elektroniske strukturer.

This allows multidisciplinary research that will answer academic and industrial questions. In order to produce the synchrotron light, charged particles – such as electrons – are accelerated next to the speed of light in a route controlled by magnetic fields.

I dag finnes det mer enn ett utstyr som er analogt med Sirius i verden, som European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Frankrike. Og før Sirius brukte institusjonen CNPEM et annet lignende utstyr, den første brasilianske synkrotronlyskilden - kjent som UVX - i Brasil. mye mindre enn Sirius, med høy pålitelighet og stabilitet. Men da Sirius var ferdig, ble utstyret slått av. I årenes løp trengte forskerne mer informasjon enn UVX kunne gi, og UVX nådde sine fysiske og tekniske kapasitetsgrenser.

Den første diskusjonen om Sirius-prosjektet startet i 2003, og prosjektet begynte å ta form. Byggingen av anlegget startet i 2015, og i 2018 ble det endelig innviet.

Selv om bygningen var ferdig, den neste fasen med å plassere alt utstyret inne i var bare begynnelsen.

I motsetning til UVX, som bare kan analysere materialer på overflatenivå, kan Sirius generert energi trenge inn i harde og solide materialer med en dybde på flere centimeter.

"Det var som å ta et bilde i svakt lys - sier Antonio José Roque da Silva, fysiker, direktør for CNPEM og SIRIUS i en uttalelse om UVX. "Sirius har mer lysintensitet, og på grunn av det vil den fange på en raskere måte, som en film i stedet for et bilde".

Sirius vil ha to ganger mer energi og 360 ganger mindre emittans, noe som fører til forskjellige lysfrekvenser som er en milliard ganger sterkere enn UVX.

Når det gjelder hvordan utstyret fungerer, er dette Sirius' grunnstruktur:

Synkrotronlyskildens basestruktur består i hovedsak av to store sett med partikkelakseleratorer, nemlig Injeksjonssystem og den Oppbevaringsring.

Injeksjonssystemet består av den lineære akseleratoren (Linac) og injeksjonssynkrotronen (Booster).

Sammen har de begge til oppgave å produsere elektronstrålen og akselerere den til den når energinivået som kreves for å fungere i lagringsringen.

I tillegg er det inkludert to transportlinjer, én som overfører elektronstrålen fra Linac til Booster og én som overfører elektronstrålen fra Booster til lagringsringen.

Linac-enheten produserer en pulserende strømpuls, nærmere bestemt to pulser i sekundet, og deretter injiseres den produserte strømpulsen i boosteren.

I boosteren akselereres elektronstrålene til de når det energinivået som er nødvendig for å bli injisert i lagringsringen.

Lagringsringen, som er hovedakseleratoren, er ansvarlig for å holde elektronstrålen lagret i lange perioder, og det er her synkrotronlyset til slutt produseres.

For å kontrollere elektronstrålens rute vil det i tillegg bli brukt en kombinasjon av ulike magneter som produserer et magnetfelt - eller magnetisk gitter - for å opprettholde fokus og korrigere elektronstrålens rute.

Til slutt vil synkrotronlyset være tilgjengelig i eksperimentelle stasjoner som er plassert rundt lagringsringen, såkalte strålelinjer - det er her forskerne vil plassere materialprøvene sine og produsere data for å studere dem videre.

Sirius-kart med forskjellige farger som viser hver region i utstyret

Bildet over - tilgjengelig på CNPEMs nettsted - viser en illustrasjon av SIRIUS, der lagringsringen representert ved den blå sirkelen har en omkrets på omtrent 518 meter, mens boosteren som vises i oransje, er omtrent 496 meter.

Linac, derimot, er mye mindre i størrelse, med bare 32 meter, representert ved den rosa linjen.

Dermed vil disse fjerdegenerasjons synkrotronlyskildene hjelpe forskerne til å gå dypere - bokstavelig talt - i forskningen sin, og gi dem mer plass og bedre verktøy for å analysere komplekse temaer.

For eksempel vil mer avanserte jordanalyser øke kunnskapen om utvikling av gjødsel, noe som vil føre til produksjon av mindre giftige landbruksprodukter til fordel for menneskers helse og miljøet.

På samme måte vil Sirius også gjøre det mulig for forskere å utvikle nye materialer takket være en mer fullstendig studie av nanopartikkelstrukturer.

Den 21. oktober 2020 ble den første Sirius-strålelinjen, kalt Manacá, åpnet for forskningsbruk. Denne linjen er ment å fokusere på makromolekyler, og skal studere proteiner og deres interaksjoner med medisiner.

I fremtiden vil ytterligere fem strålelinjer være åpne for bruk, kalt Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê og Mogno. Hvert av dem vil fokusere på en bestemt type analyse. I dag er installasjonen av disse strålelinjene langt fremme, og innen utgangen av 2021 skal noen av dem være ferdigstilt.

Totalt vil Sirius-strukturen ha 14 arbeidsstasjoner. Hele prosjektet omfatter sju andre strålelinjer, som forventes å bli åpnet i 2021. Antallet strålelinjer kan imidlertid gradvis utvides til opptil 40 eksperimentelle stasjoner.

Se en video om Sirius' konstruksjon her, med uttalelser og forklaringer direkte fra de involverte ingeniørene.

Du kan også besøke CNPEMs offisielle nettsted som inneholder all informasjon om SIRIUS-prosjektet.

Til syvende og sist er det ikke bare brasilianske forskere som har forventninger til Sirius, men hele verden. Heia vitenskapen!

Visste du i tillegg at du kan laste opp et bilde fra datamaskinen din og bruke det i infografikken din? Ja, det kan du!

Det er slik jeg har laget infografikken min i denne artikkelen! Veldig kult, ikke sant?

Så, la oss gå til Mind the Graph, og start din ny skapelse!

SIRIUS: Den klareste stjernen i Brasil

Abonner på nyhetsbrevet vårt