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.