Lab. de Fis. Corpuscular -FIW474

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Lab. de Fis. Corpuscular -FIW474

• Prof. Marcelo SantAnna
• Sala A-310 (LaCAM) e-mail mms_at_if.ufrj.br

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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
Projétil sem estrutura
Ex.Elétron espalhado
Projétil com estrutura
Ex.átomo espalhado
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O que podemos fazer com projéteis?
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Como obter os projéteis Aceleradores
LaCAM (IF-UFRJ) E 1 MeV v 0.05 c
Pilha E 1 eV v 5 x 10-5 c
CERN E 106 MeV v 0.996 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
Teoria (clássica ou quântica)
Experiência
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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Física básica. (Obs.Seções de choque versus
Espectroscopia)
Fóton C6Hn
x
M.M. SantAnna 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 porFusão Nuclear Controlada
Fonte de íons
Aceleração e focalização elétrica
Aceleração e focalização magnética
câmara
Deutério e Trítio
100 MeV
2 MeV
4000 MeV
Minimizar a perda de feixe Minimizar custos
Integrated Beam Experiment IBX (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)
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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
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 EGG 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(G1G2)/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 (MPF)/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.
• 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