Superímã revolucionará estudos de materiais e de engenharia

A instalação de um superímã inédito no Brasil marca um novo avanço científico no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas. Trata-se do Superconducting Wavelength Shifter, conhecido por SWLS, que é um ímã supercondutor desenvolvido integralmente no país para integrar o Sirius, o maior e mais avançado equipamento científico já construído no Brasil. O novo equipamento será responsável por viabilizar a futura linha de luz Sussuarana, dedicada principalmente a estudos em ciência dos materiais, metalurgia e aplicações de engenharia.

O desenvolvimento da tecnologia reúne engenheiros, físicos e técnicos da Diretoria Adjunta de Tecnologia (DAT) do CNPEM, e promete revolucionar o potencial de pesquisa do acelerador, colocando o país em um novo patamar científico. Embora o Sirius já permita pesquisas de ponta em áreas como biologia, fósseis, patrimônio arqueológico e novos materiais, algumas investigações exigem raios X muito mais penetrantes, capazes de atravessar estruturas metálicas densas e materiais com elementos pesados. Até então, esse tipo de experimento não podia ser realizado no Brasil, uma lacuna que o novo superímã passa a preencher.

As bobinas do superímã SWLS foram fabricadas no próprio CNPEM, seguindo o passo a passo de engenharia de alta precisão utilizados em outros laboratórios no mundo, desde o enrolamento do fio do supercomputador até testes mais complexos. Com a instalação do superímã no Sirius, o Brasil passa a oferecer capacidades experimentais inéditas na América Latina, ampliando o acesso de pesquisadores nacionais e internacionais a estudos mais avançados em metalurgia, engenharia estrutural, geociências, energia e materiais de última geração.

Como funciona a tecnologia na prática

O novo dispositivo tem capacidade de gerar raios X extremamente energéticos, acima de 150 keV (quiloelétron-volt). Na prática, ele consegue produzir raios X muito mais potentes do que os usados em aplicações comuns, como exames médicos, que variam entre 20 e 100 keV, aproximadamente.

O Sirius funciona com elétrons circulando em altíssima velocidade dentro de um anel de armazenamento. Sempre que esses elétrons são desviados por campos magnéticos, eles emitem luz síncrotron, que é utilizada para investigar a estrutura e a composição da matéria. Em pontos estratégicos do anel, os ímãs de alta precisão moldam essa luz conforme a necessidade dos experimentos. O SWLS será um desses dispositivos, mas com um diferencial importante: será o mais potente já instalado no acelerador, produzindo um campo magnético superior a 6 Teslas, o que representa mais que o dobro dos ímãs atualmente em operação.

Cientificamente falando

Esse desempenho é possível devido ao uso de bobinas supercondutoras feitas de nióbio-titânio, capazes de conduzir corrente elétrica sem perdas quando operam a temperaturas extremamente baixas, abaixo de –268 °C. O núcleo do SWLS é formado por três pares de polos magnéticos e utiliza a mesma tecnologia empregada em grandes aceleradores internacionais, como o maior acelerador de partículas do mundo, o LHC, na Europa. O desenvolvimento do projeto teve início em 2021, com cooperação da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), e marcou o início da capacitação do CNPEM para projetar e fabricar ímãs supercondutores desse nível no Brasil.

Para manter as bobinas nessas condições extremas, o superímã ficará alojado em um criostato e será resfriado continuamente por quatro refrigeradores mecânicos, chamados cryocoolers, eliminando a necessidade de hélio líquido e reduzindo custos operacionais. Sistemas eletrônicos avançados monitoram o equipamento em tempo real. Caso ocorra um aquecimento inesperado e a perda da supercondutividade, a energia é rapidamente desviada para resistores especiais, evitando danos ao sistema.

O CNPEM é responsável pelo Sirius, maior equipamento científico já construído no país. O Centro é impulsionado por pesquisas que impactam as áreas de saúde, energia, materiais renováveis e sustentabilidade.