Lab de Fis Corpuscular FIW 474 sondas Prof

Lab. de Fis. Corpuscular FIW 474 “sondas” ! Prof. Marcelo Sant’Anna Sala A-310 (La. CAM) e-mail: mms@if. ufrj. br Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 1

Os corpúsculos podem ser: n n 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 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 2

Projéteis sem estrutura versus com estrutura e- e- Projétil sem estrutura Ex. : Elétron espalhado Projétil com estrutura Ex. : átomo espalhado Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 3

O que podemos fazer com projéteis? Física atômica e molecular . . . Física nuclear Usando projéteis diversos Física de partículas Física de materiais Química Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 4

Como obter os projéteis: Aceleradores E= 1 e. V H+ Pilha CERN La. CAM (IF-UFRJ) E ≈ 1 e. V E ≈ 106 Me. V E ≈ 1 Me. V v ≈ 5 x 10 -5 c v ≈ 0. 996 c v ≈ 0. 05 c Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 5

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 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 6

Seções de choque: por quê? Entender processos da natureza Experiência Seções de choque Teoria (clássica ou quântica) Obs. : unidade de área Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 7

Alguns exemplos (quase aleatórios). Física básica e aplicações de seções de choque como parâmetros. n a) Estudar a dinâmicas das colisões. Ex. : o que acontece com os elétrons em uma colisão átomo -átomo? Quais as interações relevantes? n b) Geração de energia elétrica por fusão nuclear controlada. n c) Estudo da magnetosfera terrestre. Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 8

a) Física básica. (Obs. : “Seções de choque versus Espectroscopia”) Fóton + C 6 Hn 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 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 9

b) Geração de energia por Fusão Nuclear Controlada Fonte de íons 2 Me. V Aceleração e focalização elétrica 100 Me. V Aceleração e focalização magnética 4000 Me. V câmara Deutério e Trítio Minimizar a perda de feixe Minimizar custos Integrated Beam Experiment – IBX Laboratório de Física Corpuscular - aula 1(USA) 2007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 10

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, A 12213 (2005) Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 11

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 Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 12

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 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 13

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 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 14

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 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 15

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 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 16

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 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 17

Programa (d: projetos utilizando nosso acelerador) Algumas sugestões: n Colisões atômicas: medida de seções de choque de captura ou perda eletrônica em câmara gasosa. n Implementação de uma medida de RBS. n Realização de implantação iônica n Colisões nucleares de baixa energia n . . . (vasculhem a internet !) Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 18

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 AN 34 Laboratory Manual, third edition EG&G ORTEC Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 19

Critério de aprovação A nota será composta de dois graus G 1 e G 2 com 50 % de peso cada. Se a média M=(G 1+G 2)/2 é superior a sete o aluno está aprovado. Caso contrário, Se 5. 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 50%), média dos relatórios (peso de 30%), média de listas (peso de 10 %) e caderno de laboratório (peso de 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. Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 20

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 n Título, datas, colaboradores n Objetivos do experimento n (obs. : teste seu próprio texto. Se ele “serve” para qualquer relatório, não serve para nenhum) n n n n 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 Laboratório de Física Corpuscular - aula 12007. 1 - Instituto de Física - UFRJ 21