Lab. de Fis. Corpuscular -FIW474
“sondas” !
Prof. Marcelo Sant’Anna
Sala A-310 (LaCAM) e-mail: [email protected]
Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007.2 - Instituto de Física - UFRJ
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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 ...
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Projéteis sem estrutura versus com estrutura
e-
e-
Projétil sem estrutura
Ex.:Elétron espalhado
Projétil com estrutura
Ex.:átomo espalhado
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O que podemos fazer com projéteis?
Física atômica
e molecular
...
Física
nuclear
Usando
projéteis
diversos
Física
de
partículas
Física
de
materiais
Química
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Como obter os projéteis: Aceleradores
E= 1 eV
H+
Pilha
CERN
LaCAM (IF-UFRJ)
E ≈ 1 eV
E ≈ 106 MeV
E ≈ 1 MeV
v ≈ 5 x 10-5 c
v ≈ 0.996 c
v ≈ 0.05 c
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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
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Seções de choque: por quê?
Entender processos da natureza
Experiência
Seções de choque
Teoria
(clássica
ou
quântica)
Obs.: unidade de área
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Alguns exemplos (quase aleatórios). Física básica e
aplicações de seções de choque como parâmetros.

a) Estudar a dinâmicas das colisões. Ex.: o que
acontece com os elétrons em uma colisão
átomo-átomo? Quais as interações relevantes?

b) Geração de energia elétrica por fusão nuclear
controlada.

c) Estudo da magnetosfera terrestre.
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a) 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)
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b) Geração de energia por
Fusão Nuclear Controlada
Fonte
de
íons
2 MeV
Aceleração
e
focalização
elétrica
100 MeV
Aceleração
e
focalização
magnética
4000 MeV
câmara
Deutério
e Trítio
Minimizar a perda de feixe
Minimizar custos
Integrated
Beam
Experiment – IBX
Laboratório
de Física Corpuscular - aula 1(USA)
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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)
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c) IMAGE (Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration)
Tempestade
Geomagnética
plasma
Seções de choque
pluto.space.swri.edu/IMAGE/
fótons
(Luz visível)
fótons
(Infra vermelho)
Átomos neutros
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d) Íons na atmosfera

Dados a detectores e
eletrônica em geral
Ref.: Crosslink Vol. 4 No 2 (2003)
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Física de materiais

Ex.1:

Rutherford
Backscattering
Spectrometry (RBS)
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Física de materiais

Ex.2:

RBS + reações nucleares
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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
overshooting
ringing
tilt
undershoot
t
Continua...
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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...
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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...
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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...
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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...
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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 !)
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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
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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 30%), 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 10 %). G2 será ainda composto pelo trabalho final
(peso 10 %).
Os relatórios deverão ser entregues 1 (uma) semana após a realização do
experimento. Qualquer caso excepcional deverá ser tratado com antecedência
com o professor.
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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.
Relatórios
 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
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