FAA005 - Introdução à técnica PIGE

Particle Induced Gamma-ray Emission Experiência típica: g amostra feixe g detector Técnica muito semelhante a PIXE – Princípio Analítico e Instrumentação Reações Nucleares (NRA) Elementos Leves (Z>2)

I - Produção de raios gama

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

Princípio Analítico: reação nuclear b a + A b + B ou A(a,b)B (...) a A 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.

Conceitos importantes p, E A A A Dx : átomos/área A: alvos/área A= fat   : espessura da camada ( = NDx, onde N=átomos/volume) Seção de choque: s(E) = n NpA n: número de ocorrências do fenômeno (no caso PIGE, número de reações nucleares que dão origem a um raio gama) Dx (G)suficientemente pequeno para que s = cte.

   ng s(E) = NpA ng= s(E)  Np fat   Ng= S s(E)  Np fat   Número de gamas produzidos em uma camada feixe Ng= S s(E)  Np fat   Ep Número de gamas produzidos em todas as camadas atravessadas pelo feixe Ng= s(E)  Np fat  d   d dE Ng= s(E)  Np fat  dE Ep Ng= Np fat s(E) dE  Se o feixe pára: S(E)

S(E)

s(E) 1 barn = 10-24 cm2 Mateus et. al, NIMB, 2004

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

Reação 19F(p,p´g)19F Flúor em matriz de SiO2: Y = 84 g/mC Y´ = 33 g/mC

Rendimento de Alvo Espesso

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

II - Detecção de raios gama

Detectores PIGE (~600cm3) PIXE (~7·10-3 cm3) Por quê?

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

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.

Ambiente (BG)

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

Mica, 10mm, Ep= 3000 keV

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

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.