Atualização avançada da fonte de luz aprovada para iniciar a construção

A Advanced Light Source (ALS), uma instalação de usuário científico no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab), recebeu aprovação federal para iniciar a construção de uma atualização que aumentará o brilho de seus feixes de raios X em pelo menos um cem vezes.

"A atualização do ALS é um empreendimento de engenharia incrível que nos dará uma ferramenta científica ainda mais poderosa", disse o diretor do Berkeley Lab, Michael Witherell. “Mal posso esperar para ver as várias maneiras pelas quais os pesquisadores o usam para melhorar o mundo e enfrentar alguns dos maiores desafios que a sociedade enfrenta atualmente”.

Os cientistas usarão o ALS atualizado para pesquisas que abrangem a biologia; química; física; e materiais, energia e ciências ambientais. A luz mais brilhante e semelhante a um laser ajudará os especialistas a entender melhor o que está acontecendo em escalas extremamente pequenas à medida que as reações e os processos ocorrem. Esses insights podem ter uma grande variedade de aplicações, como melhorar baterias e tecnologias de energia limpa, criar novos materiais para sensores e computação e investigar matéria biológica para desenvolver medicamentos melhores.

"Essa é a coisa maravilhosa sobre o ALS: as aplicações são tão amplas e o impacto é tão profundo", disse Dave Robin, diretor do projeto de atualização do ALS. "O que realmente me entusiasma todos os dias é saber que, quando estiver concluída, a atualização do ALS permitirá que os pesquisadores façam avanços científicos em muitas áreas diferentes nos próximos 30 a 40 anos."

A aprovação do DOE, conhecida como Decisão Crítica 3 (CD-3), libera formalmente fundos para compra, construção e instalação de atualizações para o ALS. Isso inclui a construção de um anel de armazenamento e um anel acumulador totalmente novos, a construção de quatro linhas de luz (duas novas e duas atualizadas) e a instalação de atualizações sísmicas e de blindagem para a estrutura de concreto que abriga o equipamento. O projeto de US$ 590 milhões é o maior investimento do Berkeley Lab desde que o ALS foi construído em 1993.

"Nossa equipe passou anos projetando cada ímã, componente do sistema de vácuo, cavidade de RF [radiofrequência], fonte de alimentação e o restante do design personalizado", disse Robbie Leftwich-Vann, gerente de projeto do Berkeley Lab para a atualização. "É emocionante sair do papel e entrar no mundo de instalar coisas e torná-las reais."

O ALS gera raios-X circulando elétrons através de um anel de armazenamento de 600 pés de circunferência. À medida que os elétrons viajam por essa série de ímãs, eles irradiam luz ao longo das linhas de luz para as estações onde os pesquisadores realizam experimentos. A luz vem em muitos comprimentos de onda, mas o ALS é especializado em raios X "suaves" que revelam as propriedades eletrônicas, magnéticas e químicas dos materiais.

O ALS atualizado usará um novo anel de armazenamento com ímãs mais avançados que podem orientar e focar melhor os elétrons, criando, por sua vez, feixes de luz mais brilhantes e estreitos. Isso reduzirá os feixes de raios-X de cerca de 100 mícrons (milésimos de milímetro) para apenas alguns mícrons de largura, o que significa que os pesquisadores podem obter imagens de suas amostras com resolução ainda mais fina e em escalas de tempo mais curtas. É como mudar de uma câmera de telefone celular com pouca luz para uma câmera de alta velocidade top de linha em plena luz do dia.

O perfil do feixe da fonte de luz avançada do Berkeley Lab hoje (à esquerda), em comparação com o feixe altamente focado (à direita) que estará disponível após a atualização. (Crédito: Berkeley Lab)

“Com a atualização, poderemos estudar rotineiramente como as amostras mudam em 3D – algo que atualmente é muito difícil de fazer”, disse Andreas Scholl, físico do Berkeley Lab e diretor interino da divisão da ALS. "Um de nossos objetivos é encontrar e desenvolver os materiais que serão essenciais para a próxima geração de tecnologias em áreas como armazenamento de energia e computação."

Com 40 linhas de luz e mais de 1.600 usuários por ano, o ALS apóia uma variedade de pesquisas. Por exemplo, os pesquisadores podem observar como os micróbios decompõem as toxinas, estudar como as substâncias interagem para produzir melhores células solares ou biocombustíveis e testar materiais magnéticos que podem ter aplicações em microeletrônica. As equipes construirão duas novas linhas de luz otimizadas para aproveitar a luz aprimorada e realinharão e atualizarão várias linhas de luz existentes.