Lab. de Fis. Corpuscular -FIW474 “sondas” ! Lab. de Fis. Corpuscular -FIW474 Prof. Marcelo Sant’Anna Sala A-310 (LaCAM) e-mail: mms@if.ufrj.br Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Os corpúsculos podem ser: Elétron, prótons, neutrons, núcleos, átomos, íons positivos, íons negativos, fótons, agregados de átomos, ... Lentos ou rápidos (perguntem-se: comparado com o que?) Podemos estar interessados em analisar projétil e alvo depois de uma colisão. Podemos estar interessados em modificar materiais com uma colisão. Podemos ... Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Projéteis sem estrutura versus com estrutura Projétil sem estrutura e- Ex.:Elétron espalhado e- Projétil com estrutura Ex.:átomo espalhado Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

O que podemos fazer com projéteis? Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Como obter os projéteis: Aceleradores H+ E= 1 eV Pilha E ≈ 1 eV v ≈ 5 x 10-5 c CERN E ≈ 106 MeV v ≈ 0.996 c LaCAM (IF-UFRJ) E ≈ 1 MeV v ≈ 0.05 c Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Seções de choque: o que são? Uma grandeza proporcional à probabilidade de um átomo sofrer uma mudança. (com maior rigor: fluxo de partículas espalhadas com uma certa propriedade dividido pela densidade de fluxo de partículas incidentes) e- Área efetiva de colisão Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Seções de choque: por quê? Entender processos da natureza Seções de choque Teoria (clássica ou quântica) Experiência Obs.: unidade de área Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Alguns exemplos (quase aleatórios) Alguns exemplos (quase aleatórios). Física básica e aplicações de seções de choque como parâmetros. Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

a) Aplicação a modelagem de plasmas: Exemplo: Geração de energia por Fusão Nuclear Controlada Plasma ~ “sopa de íons, elétrons, átomos, ...” Como quantificar as interações entre eles?

O Large Helical Device (LHD) Parte do programa japonês para o confinamento magnético de Plasmas “Extension of operating Region and Elucidation of Physics behind the Phenomena…”

O Large Helical Device (LHD) diagnóstico de Plasmas Heavy-Ion Beam Probe

Sobre o feixe de ouro para HIBP...

b) Física básica. (Obs.:“Seções de choque versus Espectroscopia”) Fóton + C6Hn x M.M. Sant’Anna et al., Phys. Rev. A 74, 022701 (2006) C. Kolczewski et al., J. Chem. Phys. 124, 034302 (2006) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

c) IMAGE (Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration) magnetosfera magnetopause Charge Tranfer cross section for energetic neutral atom data analysis B.G. Lindsay and R. F. Stebbing Journal of Geophysical Research, 110, A12213 (2005) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

c) IMAGE (Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration) Tempestade Geomagnética plasma Seções de choque pluto.space.swri.edu/IMAGE/ fótons (Luz visível) (Infra vermelho) Átomos neutros Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2008.1 - Instituto de Física - UFRJ

d) Íons na atmosfera Dados a detectores e eletrônica em geral Ref.: Crosslink Vol. 4 No 2 (2003) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

e) Física de materiais: modificação de materiais Ex.: Spintrônica Semicondutores magnéticos diluídos (Ex.: Ga1-xMnxAs) Magnetization vector manipulation by electric fields D. Chiba, M. Sawicki, Y. Nishitani, Y. Nakatani, F. Matsukura & H. Ohno Nature 455, 515-518(25 September 2008) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

e) Física de materiais: modificação de materiais Ex.: Spintrônica Desordem em semicondutores magnéticos diluídos (Ex.: Ga1-xMnxAs) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Física de materiais: caracterização de materiais Ex.1: Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Física de materiais: caracterização de materiais Ex.2: RBS + reações nucleares Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Programa (a - eletrônica de sinais) 1 – Estatística e tratamento de dados 1.1 – Modelos estatísticos 1.2 – Propagação de erro 1.3 – Ajuste de curvas 2 - Sinais em eletrônica nuclear 2.1 - Terminologia 2.2 - Sinais analógicos e digitais 2.3 - Sinais rápidos e lentos 2.4 - Largura de Banda 2.5 - Uma revisão sobre osciloscópios 3 – Transmissão de Sinais 3.1 – Cabos coaxiais 3.2 – A equação de ondas geral para um cabo coaxial 3.3 – O cabo ideal 3.4 – Reflexões 3.5 – Perdas em cabos coaxiais. Distorção de pulso Continua... Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Programa (a: eletrônica de sinais) 4 - O Padrão NIM 4.1 – Módulos 4.2 – Bins 4.3 – Sinais lógicos NIM 4.4 – Sinais lógicos TTL e ECL 4.5 – Sinais analógicos 5- Eletrônica para Processamento de Sinais 5.1 – Pré-amplificadores 5.2 – Amplificadores. Integração e diferenciação de pulsos 5.3 – Discriminadores 5.4 – Analizador monocanal 5.5 – Conversores analógico-digital (ADC) 5.6 – Conversores tempo-amplitude (TDC) 5.7 - Analizador Mullticanal 5.8 – Medidores de taxa 5.9 – Medidas de coincidência rápida 6 – Conformatação de sinais Continua... Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Programa (b: mais instrumentação básica) 7 – ótica de partículas carregadas 7.1 – Analogia com a ótica geométrica 7.2 – Colimação e definição de um feixe de partículas carregadas 7.3 – Lentes eletrostáticas 7.4 – Projetando sistemas com lentes eletrostáticas 7.5 – Programas de simulação 8 – Fontes de Radiação 8.1 – Unidades e Definições 8.2 – Fontes de elétrons rápidos 8.3 – Fontes de partículas carregadas pesadas 8.4 – Fontes de radiação eletromagnética 8.5 – Fontes de Neutrons Continua... Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Programa (b: mais instrumentação básica) 9 - Física de aceleradores 9.1 – Tipos de aceleradores 9.2 - Fonte de íons 9.3 – Filtro de velocidades 9.4 – imã seletor 10 – Detetores de Radiação 10.1 - O detetor Geiger-Mueller 10.2 - Barreira de Superfície 10.3 - Channeltron 10.4 - Microchannel plate Continua... Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Programa (c: algumas ferramentas) 11 - Interação de partículas carregadas com a Matéria 11.1 - Noções preliminares e definições 11.2 - O conceito de seção de choque 11.3 - Perda de energia 12 - Técnicas de Análise 12.1 - Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) 12.2 - Particle induced x-ray emission (PIXE) 13 – Espectrometria de Massa 13.1 – O que é espectrometria de massa 13.2 – O espectrômetro por tempo de vôo 13.3 – Analisador quadrupolo Continua... Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Programa (d: projetos utilizando nosso acelerador) Algumas sugestões: Colisões atômicas: medida de seções de choque de captura ou perda eletrônica em câmara gasosa. Implementação de uma medida de RBS. Realização de irradiação com prótons Colisões nucleares de “baixa” energia ... (vasculhem a internet !) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Bibliografia 0 – Antônio Carlos F. dos Santos, Notas de Aula 1 - William R. Leo , Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments 2 - Glenn F. Knoll, Radiation Detection and Measurement 3 - XYZs of Oscilloscopes, Tektronix 4 – John H. Moore, Christopher C. Davis. Michael A. Coplan, Building Scientific Apparatus 5 – Experiments in Nuclear Science AN34 Laboratory Manual, third edition EG&G ORTEC Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Critério de aprovação A nota será composta de dois graus G1 e G2 com 50 % de peso cada. Se a média M=(G1+G2)/2 é superior a sete o aluno está aprovado. Caso contrário, Se 7.0  M  3.0, o aluno terá direito a uma prova final (PF). Se (M+PF)/2 for superior a cinco, estará aprovado. Cada um dos graus Gn será composto de uma prova (peso de 40%), média dos relatórios (peso de 20%), média de listas (peso de 10 %) e caderno de laboratório (peso de 10 %). G1 será ainda composto por uma proposta de trabalho final, na forma de um relatório especial (peso 20 %). G2 será ainda composto pelo trabalho final (peso 20 %). Os relatórios deverão ser entregues 1 (uma) semana após a realização do experimento. Qualquer caso excepcional deverá ser tratado com antecedência com o professor. Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ

Caderno de Laboratório e Relatórios Adaptação de: C. H. de Brito Cruz, H. L. Fragnito, I. F. da Costa, B. A. Mello, Guia para Fisica Experimental, IFGW, Unicamp (1997) Caderno de Laboratório: ~ anotar tudo aquilo que puder te ajudar mais tarde. Título, datas, colaboradores Objetivos do experimento (obs.: teste seu próprio texto. Se ele “serve” para qualquer relatório, não serve para nenhum) Roteiro dos procedimentos Esquema do aparato utilizado Descrição dos principais instrumentos utilizados Dados obtidos Cálculos Figuras, tabelas e equações Resultados e conclusões Roteiro para obter um bom gráfico Relatórios Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2009.1 - Instituto de Física - UFRJ