O que é uma fonte de radiação síncrotron?
Uma fonte de radiação síncrotron utiliza ímãs de curvatura para forçar feixes de elétrons de alta energia a circularem em um acelerador síncrotron em forma de anel a velocidades próximas à da luz. Ao longo da direção tangencial da trajetória desviada, os elétrons emitem um espectro contínuo de ondas eletromagnéticas. Essa radiação espontânea dos elétrons apresenta alta intensidade e uma ampla faixa espectral, permitindo que o comprimento de onda desejado seja selecionado arbitrariamente e ajustado continuamente. Portanto, tornou-se um novo tipo de fonte de luz para pesquisa científica.
Estrutura principal da fonte de luz:
É composto principalmente por um acelerador linear, um booster, um anel de armazenamento, linhas de feixe e estações experimentais.
Histórico de desenvolvimento:
Características da fonte de luz
- Alta intensidade
Por exemplo, obter uma imagem de raios X de defeitos em cristais com um aparelho de raios X convencional geralmente requer de 7 a 15 dias de exposição, enquanto que, usando uma fonte de radiação síncrotron, o processo leva apenas alguns segundos ou minutos. A eficiência do trabalho é, portanto, aumentada em dezenas de milhares de vezes. O alto brilho permite que a radiação síncrotron execute muitas tarefas que as fontes de luz convencionais não conseguem. - Amplo Espectro
A radiação síncrotron abrange uma ampla faixa espectral, estendendo-se do infravermelho, luz visível, ultravioleta a vácuo e raios X suaves até raios X duros. Atualmente, é a única fonte de luz capaz de cobrir uma faixa tão ampla, mantendo ao mesmo tempo um alto brilho. - Alta colimação
A radiação síncrotron extraída por meio de componentes ópticos apresenta excelente colimação. Após o foco, o brilho pode ser amplificado significativamente, possibilitando o estudo de amostras extremamente pequenas e elementos traço em materiais. - Natureza Pulsada
A radiação síncrotron é emitida por feixes de elétrons que circulam periodicamente no anel de armazenamento, produzindo uma estrutura temporal de pulsos que variam de nanossegundos a microssegundos. Essa propriedade possibilita o estudo de processos dependentes do tempo, como reações químicas, excitações físicas e alterações biológicas em células. - Polarização
Semelhante à luz visível, a radiação síncrotron emitida pelo anel de armazenamento pode apresentar polarização linear ou circular, dependendo do ângulo de observação. Essa característica pode ser usada para estudar a orientação de parâmetros específicos em amostras.
Principais aplicações:
Materiais de Engenharia
A linha de luz de materiais de engenharia do HEPS oferece métodos de ensaio não destrutivos com forte capacidade de penetração, resolução espacial multiescala, alta sensibilidade à densidade, alta resolução angular e características de amplo campo. Ela permite estudos in situ, não destrutivos, multidimensionais e multiescala das características micro e mesoestruturais de materiais de engenharia, bem como a distribuição de tensões residuais. Além disso, apoia pesquisas sobre as relações entre técnicas de fabricação e processamento, condições de carregamento e ambientais e o desempenho macroscópico dos materiais em serviço.
Materiais Avançados
A impressão 3D de nível industrial, como representante das tecnologias avançadas de manufatura, é um elemento-chave da estratégia “Made in China 2025”. Processamentos complexos frequentemente induzem evolução microestrutural e tensões residuais, levando à degradação do desempenho do material e falhas prematuras. A HEPS (Espectroscopia de Alta Eficiência de Processamento) permite o diagnóstico in situ, não destrutivo e em tempo real das condições de processamento e serviço, fornecendo informações cruciais sobre a relação entre microestrutura e desempenho, e apoiando o aumento da confiabilidade em materiais avançados.
Catálise e Energia
A chave para aplicações de energia verde eficientes, limpas e renováveis reside na compreensão dos processos de reação catalítica química, bem como na obtenção de catálise controlável em níveis moleculares e nanométricos. Tais estudos requerem instalações de radiação síncrotron com alto fluxo de raios X, brilho, excelente resolução temporal e espacial, e a capacidade de conduzir experimentos in situ e operando em condições realistas. Somente dispositivos de radiação síncrotron com alta intensidade e baixíssima emitância podem proporcionar essas condições de pesquisa.
Nova Energia
O petróleo e o gás de xisto tornaram-se novos destaques no desenvolvimento global de recursos. Utilizando a tecnologia nano-CT da HEPS, é possível obter imagens tridimensionais de estruturas de xisto com resolução nanométrica, revelando as características de distribuição espacial dos poros e adquirindo parâmetros como conectividade, distribuição de tamanho e volume dos poros. Além disso, métodos de espalhamento de raios X em pequenos ângulos podem resolver nanoporos e a distribuição de poros em diferentes escalas, fornecendo dados científicos para o estudo das características de armazenamento de petróleo e gás de xisto.
Distribuição global de fontes de luz síncrotron
As fontes de luz de radiação síncrotron são amplamente utilizadas na economia nacional, na pesquisa científica e nas indústrias de defesa, e diversos materiais magnéticos são parte essencial delas.
