Post on 18-Apr-2015
FAA005 - Introdução à técnica PIGE
Particle
Induced
Gamma-ray
Emission
Técnica muito semelhante a PIXE – Princípio Analítico e Instrumentação
Reações Nucleares (NRA)
Elementos Leves (Z>2)
detector
amostra
Experiência típica:
feixe
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
x
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
freamento
Princípio Analítico: reação nuclear
a + A b + 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.
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A A A
A A A
A A A
Conceitos importantes
: átomos/áreaA: alvos/áreaA= fat
p, E
n: número de ocorrências do fenômeno(no caso PIGE, número de reações nuclearesque dão origem a um raio gama)
: espessura da camada
( = Nx, onde N=átomos/volume)
Seção de choque: (E) =n
NpA
x
x ()suficientemente pequeno para que = cte.
(E) =n
NpA
n(E) Np fat
N(E) Np fat
N(E) Np fat dN(E) Np fat dEd
dE
NNp fat (E) dES(E)0
Ep
feixe
Se o feixe pára:
Ep
Número de gamas produzidos em uma camada
Número de gamas produzidos em todas as camadas atravessadas pelo feixe
0 1000 2000 3000 4000 5000 60000.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Prótons em SiO2
Sto
ppin
g P
ower
Energia do próton (keV)
S(E)
Mateus et. al, NIMB, 2004
(E) 1 barn = 10-24 cm2
PIXE X PIGE
Mateus et. al, NIMB, 2004
Ouziane et. al, NIMB, 2000
- Magnitude de - Dependência de com a energia
p + Alp + Na
ressonâncias
Por quê?
Reação 19F(p,p´)19F
Y = 84 /C
Y´ = 33 /C
Flúor em matriz de SiO2:
500 1000 1500 2000 2500 3000
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Con
tage
ns /
(C
ppm
)
E (keV)
CaSO4 SiO2 C
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, 10m, Ep= 3000 keV
Ep = 2700 keV
Ep = 4000 keV
Análise de flúor em água
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.