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.
Sirius, l'équipement le plus complexe et le plus grand jamais construit dans le pays, permettra aux scientifiques de développer une 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 - 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, le Centre brésilien de recherche sur l'énergie et les matériaux (CNPEM), qui dépend du ministère brésilien de la science, de la technologie et de l'innovation (MCTI).
L'institution dirige les quatre autres laboratoires nationaux. 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 et bien d'autres encore. Le CNPEM est en mesure d'intégrer les connaissances scientifiques et technologiques de tous ses laboratoires nationaux.
Fonctionnant comme un (énorme) microscope, Sirius couvre une large portion du spectre électromagnétique, sa lumière allant des ondes infrarouges à l'ultraviolet en passant par les rayons X. Équipé de tout cela, Sirius pourra révéler de nombreuses caractéristiques des matériaux, aux niveaux moléculaire et atomique, et même examiner les structures électroniques.
Cela permet une recherche multidisciplinaire qui répondra à des questions académiques et industrielles. Pour produire le rayonnement synchrotron, des particules chargées - telles que des électrons - sont accélérées à une vitesse proche de celle de la lumière dans une trajectoire contrôlée par des champs magnétiques.
Aujourd'hui, il existe plus d'un équipement analogue à Sirius dans le monde, comme l'Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF) située en France. Et avant Sirius, l'institution CNPEM utilisait un autre équipement similaire, la première source de rayonnement synchrotron brésilienne - connue sous le nom d'UVX - qui a permis d'obtenir des résultats très intéressants. beaucoup plus petit que Sirius, d'une grande fiabilité et d'une grande stabilité. Cependant, lorsque Sirius a été achevé, 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 les limites de son espace physique et de ses capacités techniques.
Le projet Sirius a été évoqué pour la première fois en 2003 et a commencé à prendre forme. La construction du bâtiment a débuté en 2015 et a finalement été inaugurée en 2018.
Bien que le bâtiment soit terminé, l'étape suivante, qui consiste à placer tous les équipements à l'intérieur n'en était qu'à ses débuts.
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 des matériaux durs et solides à une profondeur de plusieurs centimètres.
C'était comme prendre une photo en basse lumière", explique 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 c'est pourquoi il capturera plus rapidement, comme un film au lieu d'une photo".
Sirius aura deux fois plus d'énergie et 360 fois moins d'émittance, ce qui se traduira par des fréquences lumineuses différentes, un milliard de fois plus brillantes que les UVX.
En ce qui concerne le fonctionnement de l'équipement, il s'agit de la structure de base de Sirius :
La structure de base de la source de rayonnement synchrotron se compose essentiellement de deux grands ensembles d'accélérateurs de particules, les 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 fois 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.
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 réseau magnétique - sera utilisée pour maintenir la focalisation et corriger la trajectoire du faisceau d'électrons.
En fin de compte, le rayonnement synchrotron sera disponible dans des stations expérimentales situées autour de l'anneau de stockage, appelées lignes de faisceaux - c'est là que les scientifiques placeront leurs échantillons de matériaux et produiront des données pour les étudier plus en détail.
L'image ci-dessus - disponible sur le site web 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 représenté en orange a une circonférence d'environ 496 mètres.
Le Linac, quant à lui, est beaucoup plus petit, avec seulement 32 mètres, représentés par la ligne rose.
Ainsi, ces sources de lumière synchrotron de quatrième génération aideront les scientifiques à approfondir - littéralement - 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 d'améliorer les connaissances sur le développement des engrais, ce qui conduira à la production de produits agricoles moins toxiques, bénéfiques pour la santé humaine et 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 l'étude des macromolécules, des protéines et de leurs interactions avec les médicaments.
À l'avenir, cinq autres lignes de faisceaux, appelées Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê et Mogno, seront ouvertes à l'utilisation. 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 achevées.
Au total, la structure Sirius comportera 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 augmenté, pour atteindre jusqu'à 40 stations expérimentales.
Découvrez une vidéo sur la construction de Sirius iciavec des témoignages et des explications provenant directement des ingénieurs concernés.
Vous pouvez également visiter Site officiel du CNPEM qui contient toutes les informations sur le projet SIRIUS.
En fin de compte, Sirius suscite des attentes non seulement pour les scientifiques brésiliens, mais l'enthousiasme pour les progrès de la recherche s'étend à toute la planète. Allez la science !
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