Em estágio final de construção, fonte de luz síncrotron de última geração pode elevar a qualidade da pesquisa brasileira

Eram quase 6 da tarde da quinta-feira, 17 de maio, quando o engenheiro eletricista Sergio Marques aproveitou para esticar as pernas e buscar energia em mais uma xícara de café. Em seguida, ele retomaria as medições que sua equipe vinha fazendo desde o início da semana, às vezes por 24 horas a fio, com o grupo da física brasileira Liu Lin.

Marques e Liu são pesquisadores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas, interior de São Paulo, e testavam os componentes de um acelerador linear de elétrons comprado por US$ 6 milhões do Instituto de Física Aplicada de Xangai, na China. Instalado nas semanas anteriores em um túnel de 32 metros blindado com paredes de concreto, o aparelho impulsiona a cada meio segundo pacotes microscópicos de trilhões dessas partículas de carga elétrica negativa a velocidades próximas à da luz.

Ele alimentará o maior, mais complexo e versátil instrumento de pesquisa já construído no país: o Sirius, uma fonte de última geração produtora de radiação síncrotron, um tipo especial de luz que permite investigar a estrutura da matéria na escala dos átomos e das moléculas.

O Sirius está em construção desde 2014 no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), a 15 quilômetros de Campinas, e deve estar pronto para um teste inicial até o final deste ano, caso as verbas solicitadas meses atrás ao governo federal e por ele aprovadas sejam liberadas logo. A nova fonte de luz síncrotron é um acelerador de partículas composto de três partes, montado em um edifício de 68 mil metros quadrados que deve permanecer o mais isolado possível de alterações de temperatura e vibrações do exterior – até das geradas pelo tráfego de caminhões da rodovia que liga Campinas a Mogi–Mirim e passa a 2 quilômetros dali.

Projetado pelas equipes do LNLS, o Sirius substituirá o UVX, a primeira fonte de luz síncrotron do hemisfério Sul, construída nos anos 1990 e hoje não mais competitiva. Cerca de 90% de suas peças foram desenvolvidas nas oficinas do LNLS ou desenhadas ali e produzidas por empresas brasileiras de alta tecnologia.

O acelerador linear é exceção. “Por questão de prazo, encomendamos uma máquina com especificações de altíssimo nível para os pesquisadores que haviam concluído em Xangai uma fonte de luz de terceira geração, uma anterior à do Sirius, e nos ofereceram informações sobre quase todas as partes do acelerador”, explica Marques, que começou a trabalhar no UVX em 1997, aos 16 anos, e lidera o grupo de diagnóstico do LNLS, que monitora o feixe de elétrons e a qualidade da luz síncrotron que chega às estações experimentais.

Quando estiver em plena atividade, o Sirius será, ainda que por um tempo limitado, a fonte de luz síncrotron mais avançada do mundo e também a com maior brilho na faixa dos raios X em sua classe de energia. De modo simplificado, isso significa que o acelerador permitirá extrair dos elétrons viajando a quase 300 milquilômetros por segundo feixes muito concentrados de uma luz que penetra profundamente até em materiais densos, como rochas, e permite produzir imagens nítidas de pontos distantes entre si poucos nanômetros (milionésimos do milímetro).

Seu brilho intenso deve diminuir de horas para segundos o tempo para obter as imagens das amostras, algo importante no estudo de materiais biológicos, que se degradam rapidamente. A redução do tempo para produzir cada imagem deve permitir obter um número maior delas por segundo e reconstituir o movimento de fenômenos muito rápidos do mundo dos átomos e das moléculas, como a interação entre dois compostos ou a movimentação de íons na carga e descarga de baterias.

O poder de resolução do Sirius será superior ao das fontes de luz síncrotron de terceira geração, como a máquina atual do European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), na França, onde a pesquisadora israelense Ada Yonath realizou parte dos experimentos que definiram a estrutura tridimensional do ribossomo, organela produtora de proteínas nas células, e lhe renderam o Nobel de Química de 2009.

As imagens do Sirius também deverão alcançar resolução mil vezes superior à do UVX, uma fonte de segunda geração que, mesmo defasada, permitiu à equipe do físico Glaucius Oliva, professor da Universidade de São Paulo (USP) em São Carlos, identificar a estrutura tridimensional da proteína NS5, essencial para a reprodução do vírus zika (ver Pesquisa FAPESP nº 254).

Com a nova máquina de Campinas, espera-se ir além e identificar a estrutura tridimensional de proteínas maiores e mais complexas, de interesse da biologia e da indústria de fármacos, além de estudar materiais de interesse da indústria (ver infográfico na página ao lado).

“O Sirius está muito próximo do limite daquilo que a engenharia permite construir e será capaz de produzir ciência competitiva internacionalmente por, ao menos, uma década”, afirma o físico Antônio José Roque da Silva, diretor do LNLS e do projeto do Sirius. Professor da USP e especialista em modelagem matemática de materiais na escala atômica, José Roque chegou ao LNLS em 2009 com duas missões: aprimorar o UVX, que, envelhecido, começava a perder usuários e especialistas para instituições no exterior, e levar adiante o projeto de construir seu substituto – o nome Sirius surgiria mais tarde, emprestado da estrela mais brilhante do céu noturno.

De início, José Roque buscou a ajuda de dois antigos colaboradores do LNLS: o engenheiro civil Antonio Ricardo Droher Rodrigues, um dos três brasileiros que lideraram a construção do UVX de 1987 a 1997, e do físico francês Yves Petroff, que dirigiu laboratórios de luz síncrotron na França e participou do projeto da primeira fonte brasileira.

“O UVX não tinha mais capacidade de competir e optamos por aprimorar nichos nos quais poderíamos produzir trabalhos relevantes, com o uso de radiação infravermelha e ultravioleta”, conta José Roque. Ao mesmo tempo, o trio aperfeiçoou o projeto de uma fonte de terceira geração elaborado pela equipe do físico José Antônio Brum, que dirigiu a Associação Brasileira de Tecnologia de Luz Síncrotron (ABTLuS), atual CNPEM, de 2001 a 2009. Três anos mais tarde, com um projeto maduro em mãos, José Roque e sua equipe o submeteram a um comitê científico internacional.

No relatório final, os membros do comitê afirmaram que o desenho da nova fonte era excelente para os padrões da época, mas recomendaram que se buscasse o nível de brilho que vigoraria no futuro. “Não havia máquina com as características sugeridas por eles em funcionamento no mundo”, lembrou José Roque na manhã de 17 de maio, em sua sala no LNLS. “Era a chance de sairmos e nos mantermos por um período à frente dos Estados Unidos, do Japão e de países da Europa.”

As equipes do LNLS voltaram à mesa de projetos e retomaram os testes de equipamentos. Responsável pela física de aceleradores no LNLS, Liu Lin e seu grupo redesenharam a rede magnética do Sirius para que o seu brilho superasse o das máquinas existentes. Seis meses depois, o comitê aprovou o novo projeto, orçado em US$ 585 milhões (na época, R$ 1,3 bilhão). Obter financiamento estável era fundamental, mas só parte do problema. “Tivemos de conseguir o terreno para a construção e definir as características do prédio enquanto redesenhávamos a máquina e buscávamos saída para questões tecnológicas”, contou José Roque. “Houve momentos em que equilibramos 20 pratos no ar.”

Os primeiros R$ 9 milhões para o pré-projeto foram desembolsados em 2009 e 2010 pelo então Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) a gestão (2005-2010) do físico Sergio Rezende, que conhecera o projeto de Brum em 2008. Mas faltava uma fonte definida dos recursos, que, em um primeiro momento, seriam providos pelo MCT (atual MCTIC, depois de incorporar Inovações e Telecomunicações), Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) e por agências de fomento.

Outros dois ocupantes se sucederam à frente do ministério e repassaram R$ 77 milhões ao projeto até que, em 2014, o engenheiro Clélio Campolina Diniz deu luz verde para o início das obras civis e propôs um orçamento de R$ 240 milhões para 2015. No ano seguinte, o Sirius foi incluído na segunda edição do Programa de Aceleração do Crescimento (PAC) e hoje é uma das obras do Programa Avançar.

A oscilação do dólar, a inflação e os aprimoramentos na fonte de luz e no prédio elevaram o valor do Sirius para R$ 1,8 bilhão. “É o único projeto brasileiro de tais dimensões sem atrasos importantes”, afirma o engenheiro eletrônico e físico Rogério Cezar de Cerqueira Leite, presidente do Conselho Administrativo do CNPEM, organização social vinculada ao MCTIC, gestora do LNLS.

Pedro Wongtschowski, engenheiro químico que presidiu o Conselho Administrativo do CNPEM de 2010 a 2015, atribui o cumprimento do cronograma e a pouca alteração de valores à adoção de um modelo de governança usado em projetos de grande porte pelo setor privado. “A execução só começou depois de concluído um projeto executivo detalhado; a contratação de obras ocorreu mediante licitação cuidadosa e foram adquiridos primeiro os equipamentos que exigiam prazo maior para serem entregues”, lembra. “Também se aproveitou a implantação do Sirius para desenvolver componentes com fornecedores nacionais, etapa que contou com o apoio da FAPESP”, conta Wongtschowski, atual presidente do Conselho Administrativo do grupo Ultrapar Participações e membro do Conselho Superior da FAPESP.

Do custo total previsto, R$ 1,16 bilhão já foi repassado pelo MCTIC, sendo R$ 760 milhões na gestão de Gilberto Kassab, conta Cerqueira Leite, que teve atuação fundamental nos anos 1980 na implantação do UVX. Para Cerqueira Leite, o Sirius só sobreviveu à retração econômica recente porque, aos poucos, o projeto conseguiu envolver, além dos seus idealizadores e da comunidade científica, “autoridades e políticos de Brasília”.

É uma conclusão semelhante à que chegaram anos atrás dois pesquisadores que analisaram o processo de criação e implantação do UVX. Léa Velho, professora do Departamento de Política Científica e Tecnológica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), e Osvaldo Frota Pessoa Junior, professor do Departamento de Filosofia da USP, avaliaram os argumentos que motivaram a construção do primeiro síncrotron brasileiro e as negociações que permitiram tirá-lo do papel. Em um artigo de 1998 na revista Social Studies of Science, afirmaram que o apoio ao projeto veio mais de setores da política científica do que dos pesquisadores e potenciais usuários. Escreveram ainda que a habilidade política dos poucos cientistas envolvidos fora crucial para a sua implementação.

“O Sirius representa uma tentativa de promover um novo salto de qualidade na ciência nacional”, analisa o físico argentino Aldo Craievich, que, aos 79 anos e aposentado da USP, ainda faz pesquisa usando o UVX. Com o físico Cylon Gonçalves da Silva e Ricardo Rodrigues, Craievich compôs o trio que coordenou a construção do primeiro síncrotron nacional.

O projeto de instalar no país um equipamento para fazer ciência em grande escala – a Big Science, iniciada nos Estados Unidos na Segunda Guerra Mundial com o projeto da bomba nuclear – nasceu no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no início dos anos 1980 com o físico Roberto Leal Lobo e Silva Filho. Apoiado por Lynaldo Cavalcanti de Albuquerque, então presidente do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Lobo conduziu o projeto até o início do governo democrático, em 1985. Com a criação do MCT, foi substituído por Cylon, que tinha suporte do ministro Renato Archer.

“Quando se decidiu pela construção da primeira fonte de luz síncrotron, o único modelo de funcionamento que fazia sentido era o de um laboratório nacional nos moldes norte-americanos, aberto a usuários de instituições de pesquisa e de empresas do país e do exterior”, conta Cylon. “A construção da máquina era mera desculpa para formar pessoas qualificadas para gerar tecnologia no país e capazes de produzir ciência na fronteira do conhecimento. Acertamos ao optar por projetar e construir o máximo em casa, o que gerou a expertise usada no Sirius.”

Construir equipamentos para fazer ciência em larga escala demanda fluxo contínuo de verbas, competência técnica e científica e, quase sempre, gera disputas. Foi assim com o UVX e, em uma escala menor, com o Sirius. Logo após aprovado o projeto da primeira fonte nacional de luz síncrotron, a direção da Sociedade Brasileira de Física publicou um manifesto contrário ao projeto. Afirmava que não havia no país competência técnica para construí-lo, que não existiriam usuários e que drenaria os recursos de outras áreas da ciência e tecnologia.

“Nenhuma dessas previsões se concretizou”, recorda Rodrigues, coordenador de aceleradores do Sirius. “Construímos a máquina, os usuários vieram, hoje são 6,2 mil cadastrados, e o nível de financiamento aumentou em todas as áreas”.

“Instalações de grande porte como o Sirius são caras em qualquer lugar do mundo, mas se pagam com o tempo”, afirma Fernanda De Negri, economista do Instituto de Pesquisas Econômicas e Aplicadas (Ipea). Seu custo representa 0,05% do orçamento público brasileiro (a receita do governo), da ordem de R$ 3,5 trilhões. “Em muitas áreas, infraestruturas como essa são necessárias para se produzir ciência de qualidade, capaz de gerar inovação e tornar o país economicamente mais competitivo”, diz a pesquisadora, que lançou em junho o livro Novos caminhos para a inovação no Brasil (Editora Wilson Center), no qual menciona o Sirius como um raro exemplo no país de planejamento científico de longo prazo.

A entrevista do físico Roque da Silva feita pela youtuber Alexandra Makowski sobre o novo acelerador
“Desde o projeto da bomba atômica e a missão Apollo, a ciência deixou de ser feita só com pequenos investimentos e visão de curto prazo”, observa Glauco Arbix, professor do Departamento de Sociologia da USP. “É preciso ter visão de médio e de longo prazos e irrigar o sistema de modo a alimentar laboratórios menores e a criar projetos de relevância científica, econômica e social, capazes de elevar o patamar da ciência brasileira e aumentar seu impacto”, defende Arbix, que presidiu de 2011 a 2015 a Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), o órgão de fomento de inovação federal. “Sem isso, o país continuará patinando”.

E mais, a Sirius competirá com um equipamento de quarta geração inaugurado em 2016 na Suécia e outro planejado para funcionar a partir de 2020 na França – Veja aqui:


Bibliografia/Fontes:

  • Ricardo Zorzetto/Pesquisa FAPESP
  • Velho, l. e PessoaJR., o. The decision-making process in the construction of the synchrotron light National laboratory in Brazil.Social Studies of Science.v. 28, n. 2, p. 195-219. abr. 1998
  • Imagens de Léo Ramos Chaves, de Campinas, SP
  • Agradecimentos a Paula Iliadis, Pesquisa FAPESP