A estrela Sirius é a mais brilhante do hemisfério sul.

Foi por conta de seu intenso brilho azul que o projeto foi batizado. A nova fonte de Luz Sincrotron de quarta geração, uma das primeiras com esta intensidade no mundo, vai permitir o conhecimento de como as coisas funcionam na escala dos átomos e moléculas.

O projeto do edifício foi cem por cento desenvolvido no Brasil, e 85 por cento dos equipamentos é nacional, incluindo desenvolvimento e fabricação de peças.

A concepção do projeto teve início em 2009, nesta data o Centro Nacional de Pesquisa em Energia de Materiais — CNPEM iniciou à construção de uma série de laboratórios que seriam necessários para o projeto das peças e equipamentos que posteriormente seriam utilizados no Sirius.

Desenvolvemos o projeto do laboratório de nanotecnologia, e durante o processo, montamos a equipe altamente qualificada que posteriormente seria a base do projeto civil do Sirius.

Com 68 mil metros quadrados o prédio de quatro pavimentos foi implantado em terreno de 150 mil metros quadrados contíguo ao campus do CNPEM, localizado no Polo II de Alta Tecnologia no município de Campinas.

A geometria do prédio é resultado da disposição das linhas de luz, são quarenta linhas, seis das quais longas, com comprimento de 100 a 150 metros.

O desafio do projeto é a estabilidade do edifício, tanto dimensional como térmica e de vibrações, isso para garantir que o feixe de elétrons com tamanho vertical quatro vezes menor que uma célula vermelha sanguínea percorra uma trajetória circular de 500 metros seiscentas mil vezes a cada segundo durante horas, sem que oscile mais que um décimo do seu tamanho.

Projeto Sirius, Campinas SP, 2019. Paulo Bruna Arquitetos Associados
Foto Nelson Kon

Contexto

O projeto é resultado de anos de pesquisa e desenvolvimento de tecnologia pelo laboratório CNPEM, financiado pelo Ministério de Ciência e Tecnologia do Brasil.

Objetivos

Garantir condições perfeitas para a geração e operação da luz Sincrotron em equipamentos científicos de última geração com estabilidade térmica e ausência de vibrações.

Performance

O projeto cumpriu o desafio de prover a estabilidade do edifício, tanto dimensional como térmica e de vibrações, isso para garantir que o feixe de elétrons com tamanho vertical quatro vezes menor que uma célula vermelha sanguínea percorra uma trajetória circular de 518 metros, 600 mil vezes a cada segundo durante horas, sem que oscile mais que um décimo do seu tamanho.

Das 38 linhas de luz projetadas, catorze estão operando à disposição da comunidade científica brasileira e internacional, permitindo que centenas de pesquisas acadêmicas e industriais sejam realizadas anualmente, por milhares de pesquisadores, contribuindo para a solução de grandes desafios científicos e tecnológicos, como novos medicamentos e tratamentos para doenças, novos fertilizantes, espécies vegetais mais resistentes e adaptáveis e novas tecnologias para agricultura, fontes renováveis de energia, entre muitas outras potenciais aplicações, com fortes impactos econômicos e sociais.

Projeto Sirius, Campinas SP, 2019. Paulo Bruna Arquitetos Associados
Foto Nelson Kon

O Projeto Sirius: acelerando o futuro da ciência

O projeto do novo laboratório LNLS-2 foi batizado com o nome Sirius, a estrela mais brilhante do céu noturno, porque associa duas qualidades fundamentais do novo laboratório: luz e brilho. O LNLS-1, isto é, a primeira fonte de luz sincrotron, denominada UVX, foi inaugurada em 1997 e hoje está ultrapassada.

O campus onde foi construído o projeto, (1) a partir de 2009, assumiu o nome de CNPEM. Trata-se de uma organização de pesquisa autogerida, supervisionada e custeada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações — MCTIC. Localizado em Campinas é formado por quatro laboratórios nacionais, abertos à comunidade científica e empresarial: o Laboratório Nacional da Luz Sincrotron (projeto Sirius), que opera a única fonte de luz sincrotron da América Latina; o Laboratório Nacional de Biociências — LNBio, que opera na pesquisa de novos fármacos; o Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia de Bioetanol — CTBE, que busca a transformação de materiais agroindustriais em bioprodutos, com ênfase em biocombustíveis; e o Laboratório Nacional de Nanotecnologia — LNNano, que realiza pesquisas científicas e desenvolvimentos tecnológicos baseado em nanotecnologia.(2 + 3)) (Projeto do Escritório Paulo Bruna Arquitetos Associados, e inaugurado em 2011). Esses quatro laboratórios têm projetos próprios, mas trabalham com uma agenda transversal de investigação, coordenada pelo CNPEM.

Mas o que vem a ser a Luz Sincrotron? Alguns conhecimentos de física são úteis: (4) as células de nossa retina são sensíveis apenas a uma pequena fração de todos os tipos de luz que existem, chamadas ondas eletromagnéticas, a maioria das quais não podemos ver. O estudo desses tipos invisíveis de luz permitiu o desenvolvimento das mais diversas tecnologias, como as ondas de rádio e redes WI-FI, as micro-ondas dos fornos e das redes de celulares; a luz infravermelha dos controles remotos, a radiação ultravioleta utilizada na radiação de objetos e no tratamento da água; os raios X das radiografias e tomografias hospitalares e os raios gama utilizados em terapias contra o câncer.

A luz sincrotron é um tipo de radiação eletromagnética de alta velocidade e brilho, que se estende por uma faixa ampla do espectro eletromagnético, desde a luz infravermelha, passando pela radiação ultravioleta e chegando ao raio X. E como é produzida? (5 + 6 + 7 + 8) O processo começa no Linac (9+10) (Linear Particle Accelerator), um tubo reto de 32 metros. Os elétrons são, inicialmente, emitidos a partir do aquecimento de uma liga metálica e são acelerados por campos elétricos oscilantes até a velocidades próximas à da luz. Do Linac os elétrons são desviados por um eletroímã para o túnel principal dividido em dois, onde, internamente, está o Booster e externamente o Anel de armazenamento. (11) No Booster o feixe de elétrons continua a ter sua energia aumentada até o nível de operação do Anel de armazenamento com 518 metros de circunferência, em condições de ultra vácuo, em órbitas estáveis por várias horas. Durante esse processo, os elétrons têm sua trajetória guiada por eletroímãs. (12) Sempre que são forçados a fazerem uma deflexão, isto é, sempre que sofrerem uma aceleração centrípeta, os elétrons emitem radiação eletromagnética. Essa radiação é chamada de Luz Sincrotron.

Como os elétrons estão acelerados muito mais rápidos que num circuito elétrico convencional a radiação emitida possui energias maiores, na faixa da radiação ultravioleta e dos raios X. Essa radiação não é mais emitida em todas as direções, como nas ondas de rádio, mas concentrada na direção tangente à curva feita pelos elétrons. De forma mais simples o Anel é na verdade composto por quarenta tangentes, que formam as estações de pesquisa denominadas Linhas de Luz. (13 + 14) Estas Linhas de Luz são como microscópios complexos que condicionam e focalizam a radiação sincrotron para que ela ilumine as amostras dos materiais que se quer analisar. A partir do modo como a Luz Sincrotron é absorvida, refletida ou espalhada pelos átomos do material, é possível avaliar os tipos de átomos ou moléculas orgânicas que o constitui, seus estados químicos, sua estrutura espacial e propriedades magnéticas entre outras características. (15 + 16) Durante todo o processo de aceleração e armazenamento os elétrons circulam por um ambiente e ultra alto vácuo, semelhante ao da superfície da lua.

Projeto Sirius, Campinas SP, 2019. Paulo Bruna Arquitetos Associados
Foto Nelson Kon

Até o fim de 2020 deverão estar montadas as treze primeiras linhas de um total de 38 Linhas de Luz, (17 +18) seis das quais são consideradas longas com comprimentos de 100 a 150 metros. No Sirius os feixes de elétrons devem percorrer uma trajetória circular de 518 metros de circunferência, 600 mil vezes por segundo, durante muitas horas, sem que sua posição oscile mais que um décimo de seu tamanho, da ordem de 35 vezes menor que um fio de cabelo. Quanto mais estável e focalizado for o feixe de elétrons, melhor e mais brilhante será a Luz Sincrotron produzida e entregue aos pesquisadores nas estações de pesquisa. (19 +20) Por esse motivo existem inúmeros desafios na construção das instalações que vão abrigar os aceleradores de elétrons e as estações experimentais. Estes desafios vão desde a estabilidade do piso contra deformações e o cuidado com o isolamento das vibrações internas ou externas, até a estabilidade térmica dos ambientes e dos equipamentos. (21 + 22) Assim, por exemplo, para evitar a propagação de vibrações, sejam elas geradas internamente ou externamente, como caminhões pesados circulando na rodovia Campinas Mogi, a fundação do prédio é dividida em duas totalmente independentes entre si. A primeira tem como função suportar a super estrutura do prédio, e a segunda suporta o piso da área experimental e a blindagem dos aceleradores e do anel. Nessa área há 1.300 estacas com 15 metros de profundidade, três metros de solo modificado, misturado com cimento e agregados e uma laje de 90 cm de espessura, com uma estrutura monolítica, sem fissuras e desníveis, que em toda a extensão não podem ser maiores que 10mm (23 + 24 + 25 + 26).

Já o túnel por onde correm o Booster e o Anel é uma estrutura com paredes de concreto armado com fibras cuja espessura varia de 0,80 metros a 1,50 metros. Esse túnel conhecido como blindagem, não somente garante a segurança radiológica do Sirius, como também proporciona a devida estabilidade dimensional e mecânica dos equipamentos. A temperatura dentro do túnel é rigidamente controlada com variação máxima de 0,1ºC. Todo o edifício também tem a temperatura interna controlada com uma variação aceitável de 1,0ºC por ano. Por esse motivo as fachadas são protegidas por quebra sois e a cobertura é formada por uma sequência de camadas isolantes (27).

O projeto Sirius é um acelerador de elétrons de quarta geração. Só existem dois aceleradores de Luz Sincrotron que se comparam ao Sirius: o primeiro a ser construído foi o MAX IV na Suécia, terminado em 2016. O outro acelerador de quarta geração é o European Syncrotron Radiation Facility — ESFR na França, que pertence a um consórcio de países Europeus. Era um equipamento de terceira geração, que foi reformado recentemente. Há na Europa máquinas de pesquisa semelhantes, como o Cern na Suíça, mas que diferentemente do Sirius aceleram partículas até quase a velocidade da luz para obter colisões, nas quais se estudam questões fundamentais da estrutura atômica, como recentemente a comprovação da existência do meson-pi.

A primeira estação de pesquisa do Sirius, foi inaugurada em julho deste ano (2020) e será dedicada a busca de fármacos para o Covid-19. Em 20 de outubro deste ano a Agência Fapesp publicou um pequeno resumo das pesquisas em andamento nessa primeira linha: “Em sua estreia, a linha de cristalografia de proteínas analisou mais de 200 cristais de duas proteínas do novo corona-vírus, expostos a pequenas moléculas que são partes de fármacos conhecidos. A expectativa é que ao identificar essas estruturas seja possível detectar substâncias que se encaixem perfeitamente nas proteínas bloqueando sua ação no vírus”.

O Laboratório tem 15 metros de altura para permitir que pontes rolantes levem equipamentos pesados para qualquer ponto do Hall Experimental (19) onde estão as estações de pesquisa. Com 68 mil metros quadrados a obra civil foi inaugurada em 11 de novembro de 2018 pelo presidente Michel Temer e pelo ministro de Ciência e Tecnologia, Gilberto Kassab, a quem se deve o mérito de haver apoiado de forma irrestrita o desenvolvimento do projeto e da obra.

O Hall Experimental é circundado por duas galerias: (19 + 20) a primeira, no nível dos experimentos é um conjunto de oficinas e laboratórios, um para cada linha de pesquisa; no piso superior ficam os escritórios onde os pesquisadores estudam os resultados que estão sendo colhidos nas estações experimentais. O Sirius é uma máquina aberta a pesquisadores acadêmicos de toda a América Latina e a pesquisadores industriais. O LNLS-1 chegou a atender mais de mil pesquisadores por ano (28 + 29).

Um grupo de pesquisadores, de uma Universidade ou Empresa Industrial apresenta um projeto, que aceito recebe um número de horas de Luz Sincrotron. Por esse motivo a equipe traz seus equipamentos e amostras e trabalha com revezamento 24 horas por dia. Por esse motivo existem oficinas, escritório e muitos laboratórios nos quais os resultados são constantemente analisados e comparados. No pavimento térreo, no nível da entrada (30 + 31 + 32 + 33 + 34) haverá uma cafeteria, auditórios, salas para seminários e convenções. Nos pisos superiores desse volume de entrada ficam as salas de controle de todo o processo e as salas dos pesquisadores do próprio LNLS-2. No interior do grande anel há uma série de áreas para equipamentos de infraestrutura, como a subestação elétrica principal, sala de geradores, oficinas de manutenção, tanques de nitrogênio líquido, pátio de placas fotovoltaicas, etc. (35 + 36 + 37 + 38 + 39 + 40 + 41 + 42 + 43 + 44).

Uma das exigências do Ministério de Ciência e Tecnologia foi a de que a maior parte das engenharias e dos equipamentos fosse nacional. O índice de nacionalização do acelerador acabou sendo da ordem de 85% e hoje os cientistas elogiam a decisão. “Além de desenvolver a indústria brasileira de ponta, a construção ficou mais barata e será mais fácil fazer a manutenção.” (Revista Veja São Paulo, 29 de julho de 2020). Os imãs foram concebidos e feitos pela empresa WEG de Santa Catarina; as câmaras de vácuo pela empresa Termomecânica de São Paulo. O projeto foi feito por um consórcio de empresas de engenharia e arquitetura de são Paulo, e a obra foi construída pela Racional Engenharia Ltda de São Paulo (45 + 46 + 47 + 48 + 49 + 50 + 51 + 52 + 53 + 54).

Os principais conceitos teóricos foram retirados do livro “Sirius — Acelerando o futuro da ciência” publicado pelo LNLS-CNPEM e Ministério de Ciência e Tecnologia, Inovações e Comunicações em novembro de 2018. (55 + 56).

Projeto Sirius, Campinas SP, 2019. Paulo Bruna Arquitetos Associados
Foto Nelson Kon

ficha técnica

projeto
Projeto Sirius

local
Campinas SP

área
68.000,00

data
Projeto: 2013
Construção: 2019

arquitetura
Paulo Bruna Arquitetos Associados

gerenciamento
Engineering

instalações
MHA

ar-condicionado
MHA

fundações
Ivan Grandis / IGR Engenharia

estrutura
Engeti Consultoria e Engenharia

vibrações nas fundações e estrutura
Laboratório de Sistemas Estruturais — LSE

piso
Monobeton Soluções Tecnológicas

terraplenagem
HZ Engenharia

paisagismo
Licuri Paisagismo

automação
MHA

drenagem
MHA

impermeabilização
Proassp

construção
Racional Engenharia

foto
Nelson Kon