FAA005 - Introdução à técnica PIGE. P article I nduced G amma-ray E mission Técnica muito semelhante a PIXE – Princípio Analítico e Instrumentação Reações.

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1 FAA005 - Introdução à técnica PIGE

2 P article I nduced G amma-ray E mission Técnica muito semelhante a PIXE – Princípio Analítico e Instrumentação Reações Nucleares (NRA) Elementos Leves (Z>2) detector amostra Experiência típica: feixe

3 I - Produção de raios gama

4 Interação de íons com a matéria: Íon-elétron: ionização (Priscila, Adriana D., Suene, Hellen, Pedro...) Íon-núcleo: espalhamento / reação nuclear (Eu, Adriana L.) freamento

5 Princípio Analítico: reação nuclear a + Ab + B ou A(a,b)B a A b B (...) Se o núcleo B emerge da reação em um estado excitado, há emissão de um fóton de desexcitação - um raio gama. A energia desse raio gama é característica do núcleo B, e permite identificar A.

6 A A A A A A A A A A AA A AA A AA Conceitos importantes : átomos/área A : alvos/área A = f at p, E n: número de ocorrências do fenômeno (no caso PIGE, número de reações nucleares que dão origem a um raio gama) : espessura da camada ( = N x, onde N=átomos/volume) Seção de choque: (E) = n N p A x x ( )suficientemente pequeno para que = cte.

7 (E) = n N p A n (E) N p f at N (E) N p f at N (E) N p f at d N (E) N p f at dE d dE N N p f at (E) dE S(E) 0 EpEp feixe Se o feixe pára: EpEp Número de gamas produzidos em uma camada Número de gamas produzidos em todas as camadas atravessadas pelo feixe

8 S(E)

9 Mateus et. al, NIMB, 2004 (E) 1 barn = 10 -24 cm 2

10 PIXE XPIGE Mateus et. al, NIMB, 2004 Ouziane et. al, NIMB, 2000 - Magnitude de - Dependência de com a energia p + Al p + Na ressonâncias Por quê?

11 Reação 19 F(p,p´ ) 19 F Y = 84 / C Y´ = 33 / C Flúor em matriz de SiO 2 :

12 Rendimento de Alvo Espesso

13 Ressonâncias: - Sensibilidade a distribuições não-uniformes em profundidade - Sensibilidade à energia do feixe

14 II - Detecção de raios gama

15 Detectores PIGE (~600cm 3 )PIXE (~7·10 -3 cm 3 ) Por quê?

16 Interação de raios gama com a matéria: - Efeito fotoelétrico (dominante até ~100 keV) - Efeito Compton (~100 keV – alguns MeV) - Produção de pares (> alguns MeV)

17 Espectro Gama: histograma em que cada evento (contagem) decorre da interação de um raio gama. O canal do evento é proporcional à energia transferida pelo raio gama ao detector. Diferença fundamental para raios-X e partículas: A energia transferida nem sempre é igual à energia do raio gama. Só é igual quando a interação é por efeito fotoelétrico.

18 Ambiente (BG)

19 Fonte de 60 Co Borda Compton O espectro branco é o BG com o mesmo tempo de aquisição

20 Mica, 10 m, E p = 3000 keV

21 Ep = 2700 keV Ep = 4000 keV Análise de flúor em água

22 Resumo PIGE x PIXE Semelhanças: Princípio Analítico, Arranjo Experimental. Diferenças: - Elementos analisáveis - PIXE: seções de choque maiores – limites de detecção menores - PIGE: ressonâncias sensibilidade a inomogeneidades e à energia do feixe - Detectores - Espectro PIGE: Interferência (sobreposição) de picos desprezível. Ajustes mais confiáveis do que no caso de raios-X.