O Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) é um laboratório brasileiro que utiliza luz síncrotron para estudar a composição, a estrutura e as propriedades da matéria. Opera o Sirius, um conjunto de aceleradores de elétrons e estações experimentais onde são analisadas amostras de materiais, rochas, células e proteínas. Integra o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas, ao lado dos laboratórios nacionais de Biociências, Nanotecnologia e Biorrenováveis.
Suas instalações recebem pesquisadores de universidades, institutos de pesquisa e empresas do Brasil e do exterior. Os feixes de luz permitem examinar detalhes muito pequenos das amostras e acompanhar transformações físicas, químicas e biológicas. Os experimentos atendem a pesquisas em saúde, energia, agricultura, meio ambiente e ciência dos materiais.
A implantação do laboratório começou em 1987. Sua primeira fonte de luz síncrotron, o UVX, foi aberta à comunidade científica em 1997 e encerrou o atendimento a usuários em 2019. O Sirius, de quarta geração, recebeu os primeiros usuários externos em 2020, com equipamentos que ampliaram a precisão das medidas e as possibilidades de investigação.
História
Implantação e abertura aos usuários
A proposta de criar um Laboratório Nacional de Radiação Síncrotron foi aprovada pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico em 1983. Em 1986, a instituição recebeu o nome Laboratório Nacional de Luz Síncrotron. A implantação em Campinas começou no ano seguinte, em um galpão no bairro de Santa Cândida, antes da construção da sede no distrito de Barão Geraldo.
A pedra fundamental do campus foi lançada em 1990. Os trabalhos reuniram físicos, engenheiros e técnicos brasileiros para desenvolver os aceleradores e seus componentes. Em maio de 1996, os elétrons circularam pela primeira vez no anel de armazenamento. A primeira luz foi obtida em outubro daquele ano e o UVX abriu suas sete linhas de luz aos usuários em 1 de julho de 1997. A inauguração contou com a presença do presidente Fernando Henrique Cardoso.
Em 29 de janeiro de 1998, a Associação Brasileira de Tecnologia de Luz Síncrotron (ABTLuS) assinou o contrato de gestão do laboratório. O campus passou a reunir outras instalações de pesquisa, entre elas o Centro de Biologia Molecular Estrutural e o Laboratório de Microscopia Eletrônica, aberto aos usuários em 1999. Essa infraestrutura deu origem a unidades que passaram a ter organização própria. Em 2009, o conjunto recebeu o nome Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais. O CNPEM é uma organização social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação.
Do UVX ao Sirius
Em 2006, uma força-tarefa foi proposta para estudar a construção de outra fonte, inicialmente chamada LNLS-2. Encontros com usuários em 2009 ajudaram a definir os experimentos que ela deveria atender. O nome Sirius foi adotado em 2010. O projeto foi revisto em 2012 para reduzir a emitância do feixe, uma medida de sua dispersão, e permitir a construção de uma fonte de quarta geração, como a MAX IV, na Suécia.
O prédio do Sirius foi inaugurado em novembro de 2018, antes da conclusão dos testes dos aceleradores e das estações experimentais. Em dezembro de 2019 foram produzidas as primeiras imagens de microtomografia com a nova fonte. Em 2020, a linha Manacá recebeu usuários externos para experimentos com proteínas do SARS-CoV-2. Entre os primeiros estudos esteve a análise do processo de maturação da principal protease do vírus. A abertura das demais linhas ocorreu por etapas, acompanhada da instalação e dos testes de seus instrumentos.
Fontes de luz síncrotron
Nos aceleradores do LNLS, elétrons ganham energia e são mantidos em circulação em um anel de armazenamento. Quando sua trajetória é desviada por campos magnéticos, eles emitem radiação síncrotron. Essa radiação é conduzida até as linhas de luz, onde sistemas ópticos selecionam e focalizam o feixe sobre a amostra. Detectores medem sua interação com o material para obter imagens, informações químicas ou dados sobre a organização dos átomos.
O UVX foi a primeira fonte de luz síncrotron do Hemisfério Sul. Operou com elétrons de 1,37 GeV e recebeu usuários de 1997 a 2 de agosto de 2019. Seu projeto, sua construção e suas atualizações foram realizados em grande parte pela equipe do LNLS, que também desenvolveu instrumentos para os experimentos.
O laboratório adotou o uso compartilhado de sua infraestrutura desde a abertura do UVX. Pesquisadores de outras instituições apresentavam propostas para utilizar as linhas de luz, com apoio de especialistas do próprio laboratório. Esse modelo foi mantido no Sirius.
Instalações do Sirius durante a inauguração do prédio, em 2018
O Sirius possui um anel de armazenamento com 518 metros de circunferência, energia de 3 GeV e emitância natural de projeto de 0,25 nm·rad. A baixa emitância permite concentrar a luz em feixes pequenos e intensos. O projeto prevê espaço para até 38 linhas de luz, que podem empregar técnicas e faixas de energia diferentes.
As linhas são implantadas em fases. No catálogo de instalações consultado em outubro de 2026, 12 das 14 linhas previstas na primeira fase estavam abertas à comunidade científica e industrial, enquanto as duas restantes passavam por montagem e comissionamento. A segunda fase estava em implantação, e a linha Tatu passava por comissionamento. A conclusão de uma linha não significa que todos os experimentos previstos para ela já estejam disponíveis, pois os métodos também passam por testes antes da abertura aos usuários.
Experimentos e acesso
As linhas de luz dispõem de instrumentos para investigar amostras em condições diferentes. A Manacá permite determinar a estrutura tridimensional de macromoléculas por cristalografia de raios X. A Mogno produz imagens tridimensionais do interior de materiais por tomografia de raios X. A Carnaúba utiliza feixes focalizados para examinar a composição e a estrutura de regiões nanométricas. A Imbuia utiliza espectroscopia de infravermelho para analisar a composição dos materiais.
Essas técnicas permitem examinar proteínas para pesquisas de medicamentos, observar poros e fraturas em rochas e acompanhar mudanças em materiais durante reações. Os experimentos podem combinar resolução espacial, rapidez de aquisição e controle do ambiente da amostra. Laboratórios de apoio preparam materiais microscópicos, amostras ambientais e amostras biológicas, ou desenvolvem instrumentos para medidas sob condições de pressão, temperatura e campo magnético controladas.
O acesso acadêmico ocorre por chamadas de propostas, com avaliação por pares e agendamento do tempo de feixe. Pesquisadores brasileiros e estrangeiros podem utilizar gratuitamente as instalações para os projetos aprovados. As pesquisas empresariais de interesse privado podem utilizar a infraestrutura mediante pagamento. O atendimento depende da compatibilidade entre a pergunta científica, a amostra e os experimentos disponíveis em cada linha.
Formação
O LNLS organiza cursos e treinamentos para o uso da luz síncrotron, a preparação de experimentos e a interpretação dos resultados. A Escola Ricardo Rodrigues de Luz Síncrotron reúne aulas e atividades práticas nas instalações. A Reunião Anual de Usuários aproxima as equipes das linhas de luz de pesquisadores que utilizam ou pretendem utilizar o laboratório.
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