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Linha de Luz Cateretê

A linha de luz CATERETÊ (Coherent And TimE REsolved ScatTEring) terá capacidades únicas no imageamento de materiais biológicos e matéria condensada mole com particular enfoque na aplicação de técnicas de difração e espalhamento de raios X coerentes. Os experimentos de Espalhamento e Difração de Raios X Coerentes (CXDI) e Espectroscopia por Correlação de Fótons de Raios X (XPCS) estarão no centro das atividades planejadas na linha de luz Cateretê, além de Espalhamento de Raios X a Baixo Ângulo (SAXS) e ultra baixo ângulo (USAXS) com resolução temporal que se beneficiará do elevado fluxo da fonte. A linha de luz CATERETÊ irá operar com na faixe de 5 keV a 20 keV para geração de imagens de materiais biológicos e nanomateriais, aproveitando ao máximo as propriedades de coerência da radiação produzida pelo Sirius.

A linha de luz CATERETÊ tornará possível responder variadas questões relacionadas com as ciências da vida (aplicações biológicas e médicas), biologia estrutural (proteínas, lipídios, macromoléculas) e o vasto campo de ciências de materiais, incluindo a nanotecnologia (energia, alimentação e saúde, fotônica), ciências de polímeros, catálise, reologia e ciências ambientais (geociências, prospecção de petróleo, catálise). Portanto, todos os principais domínios da investigação da física, química e biologia, além de aspectos industriais, serão explorados na CATERETÊ.

CONTATO & EQUIPE

Tel. da Instalação: +55 19 3518 2349
E-mail da Instalação: caterete@lnls.br

Coordenação: Florian E. P. Meneau
Tel.: +55 19 3512 1132
E-mail: florian.meneau@lnls.br

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TÉCNICAS EXPERIMENTAIS

ESPALHAMENTO E DIFRAÇÃO DE RAIOS X COERENTES (CXDI)

CXDI é uma técnica de imagem por raios X, sem lente e de alta resolução, em que uma imagem é obtida a partir do padrão de difração. Um objeto isolado é iluminado com raios X coerente e o padrão de difração resultante é registrado no campo distante. Em seguida, um algoritmo de recuperação de fase é aplicado para recuperar a fase e obter a imagem no espaço real. CXDI pode revelar a morfologia complexa em 3 dimensões de uma ampla variedade materiais cristalinos e não cristalino com resolução nanométrica.

ESPECTROSCOPIA POR CORRELAÇÃO DE FÓTONS DE RAIOS X (XPCS)

Esta técnica permite a determinação de dinâmicas em escala nanométrica com base na observação de flutuações na intensidade dos speckle de raios X coerentes espalhados em função do tempo. XPCS acessa a dinâmica estrutural em uma variedade de escalas de comprimento de nanômetros e em um intervalo de tempo que varia de milissegundos a centenas de segundos sendo adequado para o estudo da matéria condensada mole e dura.

ESPALHAMENTO DE RAIOS X A BAIXO ÂNGULO (SAXS) E ULTRA BAIXO ÂNGULO (USAXS) COM RESOLUÇÃO TEMPORAL

Estas técnicas permitem a determinação de parâmetros estruturais tais como distâncias moleculares, raio de giro, tamanhos de poros, morfologia, estado de agregação etc, com dimensões que vão de ångström a vários micrômetros. Além disso é possível realizar SAXS e USAXS resolvido no tempo para acompanhar mudanças de tamanho e propriedade na matéria mole e em sistemas biológicos em um dado intervalo de tempo com velocidade de aquisição de alguns sub-milissegundos até minutos. A combinação de SAXS/USAXS permite a elucidação de estruturas hierárquicas estáticas e transitórias na matéria condensada mole, sistemas biofísicos e estruturas biológicas não cristalinas.

LAYOUT & ELEMENTOS ÓTICOS

Elemento Tipo Posição [m] Descrição
FONTE Ondulador
VFM Espelho de focalização vertical 27
Monocromador 4CM 56 Monocromador de dois cristais
HFM Espelho de focalização horizontal 57
Amostra 88
Detector (SAXS) Medipix 90-118 Medipix3 3000 x 3000 pixels²
Detector (WAXS) 0.3-1.5

PARÂMETROS

Parâmetro Valor Condição
Faixa de energia 5 – 20 keV
Fluxo coerente
> 10 11 ph/s @ 6 keV
> 10 10 ph/s @ 9 keV
Ondulador KYMA
Tamanho do feixe na amostra 1 a 30 µm
Distância amostra-detector até 30 m

REFERÊNCIAS

  • H. Westfahl, S. Lordano Luiz, B. C. Meyer and F. Meneau. The coherent radiation fraction of low-emittance synchrotrons, J. Synchrotron Rad. 24, 566-575, 2017. DOI: 10.1107/S1600577517003058
  • L. Liu, H. Westfahl. Towards Diffraction Limited Storage Ring Based Light Sources, Proceedings of IPAC2017, 1203-1208, 2017. DOI: 10.18429/JACoW-IPAC2017-TUXA1

PUBLICAÇÕES

  • C. C. Polo, M. H. Fonseca-Alaniz, J. Chen, A. Ekman, G. McDermott, F. Meneau, J. E. Krieger, A. A. Miyakawa. Three-dimensional imaging of mitochondrial cristae complexity using cryo-soft X-ray tomography. Scientific Reports, 10, 21045, 2020. DOI: 10.1038/s41598-020-78150-3
  • A. R. Passos, A. Rochet, L. M. Manente, A. F. Suzana, R. Harder, W. Cha, F. Meneau. Three-dimensional strain dynamics govern the hysteresis in heterogeneous catalysis. Nature Communications, 11, 4733, 2020. DOI: 10.1038/s41467-020-18622-2
  • C. C. Polo, L. Pereira, P. Mazzafera, D. N. A. Flores-Borges, J. L. S. Mayer, M. Guizar-Sicairos, M. Holler, M. Barsi-Andreeta, H. Westfahl Jr, F. Meneau. Correlations between lignin content and structural robustness in plants revealed by X-ray ptychography. Scientific Reports, 10, 6023, 2020. DOI: 10.1038/s41598-020-63093-6
  • A. Suzana, A. Rochet, A. R. Passos, J. Zerba, C. Polo, C. V. Santilli, S. Pulcinelli, F. Berenguer, R. Harder, E. Maxey, F. Meneau. In situ three-dimensional imaging of strain in gold nanocrystals during catalytic oxidation. Nanoscale Advances, 1, 3009-3014, 2019. DOI: 10.1039/C9NA00231F
  • A. Rochet, A. Suzana, A. R. Passos, T. Kalile, F. Berenguer, C. V. Santilli, S. Pulcinelli, F. Meneau. In situ reactor to image catalysts at work in three-dimensions by Bragg coherent X-ray diffraction, Catalysis Today, 336, 169-173, 2019. DOI: 10.1016/j.cattod.2018.12.020
  • C. Polo, L. Pereira, D. Flores, M. Guizar-Sicairos, M. Holler, P. Mazzafera, J. Mayer, H. Westfahl, F. Meneau. Lignin deposition in arabidopsis thaliana cell walls unveiled by ptychographic X-Ray computed tomography (PXCT). Microscopy and Microanalysis, 24, 386-387, 2018. DOI: 10.1017/S1431927618014216