91
Mesmo antes do prédio principal do Sirius estar concluído, foi iniciada a instalação do primeiro acelerador da fonte de luz síncrotron, o acelerador linear (LINAC). A monta- gem ocorreu ao longo dos primeiros meses do ano de 2018, e em 5 de maio do mesmo ano foi possível obter o seu primeiro feixe de elétrons.
92 Capítulo 4 | Relatório Plurianual 2020
Imãs: a rede magnética do Sirius é uma combina- ção meticulosamente projetada de imãs dipolos, quadrupolos e sextupolos. A especificação dessa rede é a etapa mais importante do projeto da fon- te de luz, uma vez que os imãs são responsáveis por defletir e focalizar o feixe de elétrons, definin- do o caminho pelo qual transitam. A evolução do Sirius no campo dos aceleradores para ter menor emitância e o maior brilho se dá pela inovação nos projetos de redes magnéticas e pelos desenvolvi- mentos tecnológicos necessários. É a rede mag- nética que determina as características do feixe de elétrons e, consequentemente, da luz produ-
zida. Por essa razão, é extremamente importante que haja uma grande conformidade entre a rede projetada e a realizada, o que impõe tolerâncias rígidas no que se refere a erros de construção, po- sicionamento e excitação dos componentes da rede. A larga experiência com o UVX possibilitou ao LNLS acumular competências para projetar e produzir imãs com as precisões técnicas que ace- leradores exigem. Entretanto, devido a grandiosi- dade do Projeto Sirius, não seria possível produzir todos os imãs internamente em prazo razoável.
Dessa forma, foi estabelecida parceria com a em-
presa WEG para produção dos imãs utilizados no booster e no anel de armazenamento. Embora seja uma empresa com larga experiência na fabrica- ção de diversos produtos, como motores elétri- cos, a WEG não havia produzido eletroímãs com especificações tão rígidas até então. Por meio da participação do LNLS para o projeto dos imãs, a empresa desenvolveu e testou novas técnicas para produzir 1036 eletroímãs de diferentes mo- delos e configurações funcionais, com controle de qualidade significativamente rigoroso e méto- dos de inspeção sofisticados.
Sextupolo e quadropolo do booster. Interior do túnel da blindagem
com o booster e anel de armazenamento.
No segundo semestre de 2018 foi iniciada a montagem da linha de transporte LINAC- -Booster, do Booster e a instalação dos primeiros blocos e berços do anel de armazenamento. O primeiro feixe no final da linha de transporte LINAC-Booster foi observado em 11 de
novembro de 2018. Montagem do booster e dos blocos e berços
do anel de armazenamento. Linha de transporte LINAC-booster e o registro do primeiro feixe no final dessa linha de transporte.
2018-2019
Imãs entregues e armazenados.
A WEG faz mais de 16 milhões de núcleos magnéticos por ano, mas nossos produtos não têm o mesmo nível de exigência de tolerân- cia de mícrons como tem o Projeto Sirius...foram muitas reuniões, encontros, tivemos que aprender juntos.
Luís Alberto Tiefensee, Diretor da WEG Motores
93
Câmaras de vácuo.
Feixe estável em 3 GeV em outubro de 2019.
Primeiro feixe em 150 MeV em março de 2019.
Sistema de Vácuo: A importância do vácuo nos aceleradores é deixar o caminho livre para a cir- culação dos elétrons, que não podem entrar em colisão com moléculas de gás. Desafios para a construção desse sistema foram as dimensões re- duzidas da câmara de vácuo em função do pouco espaço proporcionado pela rede magnética, o que dificulta a instalações de bombas; e a necessidade de projetar os elementos da câmara sem produzir
instabilidades no feixe de luz pela interação com as paredes da câmara. A pressão média ao longo do ambiente de vácuo de mais de 500 metros de comprimento para o anel de armazenamento do Sirius deve ser menor que 1 nTorr (<10-7 Pa), o que significa um trilhão de vezes menor que a pres- são atmosférica. Este valor corresponde ao que se convencionou chamar de ultra alto vácuo e re- quer várias técnicas especiais para sua produção.
Para construção da câmara com o ultra alto vácuo necessário para o Sirius, foi feito um acordo entre o CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear) e o LNLS para utilizar uma tecnologia chamada NEG (Non evaporable getters). O NEG consiste em um filme fino depositado no interior da câmara que após aquecido tem a capacidade de aprisionar moléculas proporcionando o vácuo exigido para a operação da fonte de luz.
Ao longo do ano de 2019 foram concluídas as monta- gens do booster, linha de transporte booster-anel, e do anel de armazenamento, bem como foram iniciados os comissionamentos desses sistemas. Esse foi um trabalho extremamente complexo, pois como ambos os aceleradores estão dentro do mesmo túnel, uma vez concluído, o booster só podia ser ligado com o túnel vazio, o que impedia a continuidade da montagem dos outros sistemas. Além da montagem dos aceleradores, outras infraestruturas essenciais para o funcionamen- to do Sirius estavam em andamento, como conclu- são das salas para abrigar as fontes de potência e o sistema de radiofrequência, bem como a subsequente instalação desses sistemas.
94 Capítulo 4 | Relatório Plurianual 2020
Diversos desafios foram superados para cons- trução do sistema de vácuo, como o domínio da tecnologia para a construção de câmaras de co- bre, uma vez que o conhecimento do LNLS estava mais voltado para câmaras em aço inox, e tam- bém o depósito do NEG em câmaras tão estreitas e compridas quanto às do Sirius, que exigem pro- cessos complexos para aplicação do filme.
Em abril de 2019 já havia uma parte substancial do acelerador montado, e foi iniciada uma parte bastante crítica, a montagem das câmaras de vácuo.
Tais câmaras são todas fabricadas em cobre, com uma grande quantidade de componentes, e devem ser montadas em ambiente extremamente limpo e de forma bastante cuidadosa. Após a mon- tagem, é necessário executar uma etapa denominada de ativação. Nessa etapa as câmaras de vácuo são aquecidas até algo em torno de 200 oC.
Montagem das câmaras de vácuo.
2019
Em agosto de 2019 o sistema de vácuo estava todo montado, funcional, incluindo a linha de transporte booster-anel, e o anel de armazenamento encontrava- -se com os ímãs todos fechados.
Entre setembro e outubro de 2019 o anel de armazenamento estava pronto para receber elétrons assim que o feixe estivesse estável no booster em 3 GeV e a linha de transporte booster-anel estivesse
operacional. Anel de armazenamento
montado e em vácuo.
Sistema de radiofrequência: No anel de arma- zenamento o sistema de radiofrequência (ou sis- tema de RF) repõe a energia perdida pelo feixe de elétrons, principalmente devido à emissão de luz síncrotron. Os principais elementos deste siste- ma são as cavidades de RF, estruturas metálicas que fazem parte da câmara de vácuo e confinam campos eletromagnéticos oscilando na faixa de
micro-ondas. Ao atravessar a cavidade na fase cor- reta de oscilação do campo elétrico o feixe recebe a energia necessária para repor a parcela perdida ao longo de sua trajetória.
Um importante desafio desse sistema é a construção dos amplificadores que alimentam a cavidade de RF e o acúmulo de know-how necessário para dominar a tecnologia de produção das placas amplificadoras.
Se compararmos a uma pessoa sentada num balanço tentando ganhar velocidade, aquela responsável por empurrar o balanço deve agir no momento certo, dando impulso suficiente até atingir a velocidade e altura ideais. A partir desse momento é necessário apenas uma força constante para manter o movimento desejado. No caso do acelerador de elétrons, a cavidade RF é a pessoa que empurra o balanço. Toda vez que o elétron passar pela cavidade em uma frequência determinada, ele receberá um impulso para mantê-lo na velocidade desejada.
James Citadini, Coordenador da Divisão de Engenharia do Sirius
Montagem das câmaras de vácuo.
Instalação das câmaras de vácuo.
95
Sistema de diagnóstico e feedback: Diversos equi- pamentos de monitoramento, diagnóstico e corre- ção de parâmetros da fonte de luz fazem parte dos sistema de diagnóstico, tais como: monitores de posição do feixe de elétrons; monitores de posição do
Cavidade de Radiofrequência do Booster.
No dia 5 de novembro de 2019 o feixe de elétrons foi detectado no primeiro BPM (Beam Position Monitor) do anel de armazenamento, indicando que ele havia sido transportado cor- retamente do booster para o anel. E, finalmente, no dia 22 de novembro de 2019 o feixe de elétrons executa sua primeira volta no anel. O próximo marco importante seria o armazena- mento de elétrons no anel principal, o que ocorreu no dia 14 de dezembro de 2019.
feixe de fótons; monitores de corrente do feixe; mo- nitores de frequências de oscilação do feixe e atuado- res para correção de desvios de órbita e frequências de oscilação. Dentre os maiores desafios está o pro- jeto e fabricação dos monitores de posição do feixe
de elétrons, já que a medida de posição do feixe deve ter precisão de décimos de micrômetros. Alguns for- necedores produziram protótipos dos componentes necessários que foram avaliados pela equipe do LNLS para então serem incluídos nos aceleradores.
Equipe celebrando a primeira vota do feixe de elétrons no anel em 22 de novembro de 2019.
Registro a primeira volta do feixe de elétrons no anel.
Equipe do CNPEM trabalha na instalação de equipamentos do sistema de radiofrequência, relacionados a aceleração dos elétrons no Sirius.
96 Capítulo 4 | Relatório Plurianual 2020