Como não se conseguiu aplicar o método diferencial, evaporou-se Be metálico sobre Ag auto-sustentada utilizando a metodologia da secção 1.6, tomando as precauções necessárias, devido à toxicidade do Be.
Para se determinar a estequiometria e as impurezas do alvo fino de Mg, foi adquirido um espectro de RBS, utilizando um feixe de 4He+ a uma energia E
lab=1572 keV, com um ângulo
de incidência a 0o e com o detector PIPS a θ
lab=120o. O espectro RBS está representado na
figura 5.27, onde os picos resultam das partículas de4He+retrodispersadas das seguintes reac-
ções: Be(α,α)Be e Ag(α,α)Ag.
A partir da estequeometria do alvo mediu-se a secção eficaz representada na figura 5.28. A reacção9Be(p,γ)10B não é isotrópica como as anteriores e a distribuição angular é igual
W(E,θ)=1+0,1sen2(θ) [66]. Sendo assim, é necessário calcular o factor de anisotropia.
A secção eficaz diferencial pode ser dada pelo produto de dois termos, um dependente só da energia e outro do ângulo.
dσ
dΩ = C(E)(1 + 0, 1sen
2(θ)) , (5.4)
em que C(E) tem unidades de barns/sr. Para uma energia fixa, C(E)=C e W(θ) =1+0,1sen2(θ).
Então:
CAPÍTULO 5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Figura 5.27: Espectro de RBS do alvo de Be evaporado sobre Ag auto-sustentada, a uma energia E=1572 keV, com um ângulo de incidência a 0oe o detector PIPS a θ
lab=120o, adquirido no acelerador
Van de Graaff de 2,5 MV e na linha de reacções nucleares.
Figura 5.28: Secção eficaz experimental assumindo uma distribuição angular isotrópica da emissão γ=718 keV da reacção9Be(p,γ)10B.
⇒ σtotal =2πC Z π 0 sen(θ)dθ + 2, 2πC Z π 0 sen3(θ) = 4πC 1 + 2, 2 3 , (5.6)
Sendo εint a eficiência intrínseca do detector de radiação-γ, εabsoluta=εγ a eficiência absoluta e
CAPÍTULO 5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
σexp,isot a secção eficaz experimental considerando uma distribuição isotrópica, o rendimento
para um pequeno ângulo sólido é dado por:
dY = NpNeσ(E, θ)εintdΩ , (5.7) dY = NpNeCW(θ)εintdΩ , (5.8) CW(θ) = dY NpNeεabsoluta4π ⇒ CW(θ) = σexp,isot 4π , (5.9)
Como o detector está a uma distância de 55,5 mm do alvo e o diâmetro do cristal é de 64,0 mm, o intervalo angular abrangido pelo nosso detector é igual a ±29,9oem torno de 130o. Logo,
Y = NpNeCεint Z 159,9 100,1 W(θ)2πsen(θ)dθ , (5.10) ⇒ Y = NpNeC εγ dΩ Z 159,9 100,1 W(θ)2πsen(θ)dθ , (5.11) ⇒ σ exp,isot 4π = C R159,9 100,1 W(θ)2πsen(θ)dθ ∆Ω , (5.12) Logo, ⇒ σtotal = 1, 117σexp,isot (5.13)
Pela equação 5.13, é necessário multiplicar o factor 1,117 à secção eficaz experimental da figura 5.28.
A partir das respectivas probabilidades das várias transições da radiação-γ (secção 2.6) determinou-se a secção eficaz de Zahnow et al para a emissão γ de 718 keV. De seguida, a secção eficaz foi normalizada pelos resultados da figura 5.28 corrigidos com o factor de aniso- tropia.
A razão entre os rendimentos experimentais e os calculados pelo ERYA para uma amos- tra espessa de Be metálico (espectros representados na figura 5.29, estão representados na ta- bela 5.7 e na figura 5.30.
CAPÍTULO 5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Figura 5.29:Espectros de radiação gama do alvo de Be metálico obtidos a Elab=314 e 1600 keV.
Energia (keV) Razão Yexp./Ycal.
1602 0,890 1508 0,874 1399 0,829 1202 0,769 995 0,824 506 1,011 408 0,820 330 0,925
Tabela 5.7: Razões entre os rendimentos experimentais e calculados pelo ERYA relativamente ao Be metálico.
Como se pode verificar pela figura 5.30, excluindo o ponto de 500 keV, os pontos seguem uma linha paralela em relação à linha correspondente ao valor 1. O desvio, na ordem dos 15%, pode resultar das incertezas da carga colectada, da eficiência do detector e da secção eficaz. Apesar do desvio, o comportamento dos pontos indica que a secção eficaz utilizada no ERYA está correcta em termos relativos, e o processo de integração está correcto. A média das razões é introduzida como factor de correcção no ERYA.
CAPÍTULO 5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Figura 5.30: Razões entre os rendimentos experimentais e calculados pelo ERYA relativamente à pas- tilha de BeO para as energias de 1708, 1610, 1414 e 1218 keV. A incerteza combinada devido ao erro estatístico e à extracção da área é inferior a 2%.
Utilizando este factor de correcção, determinou-se a razão entre os rendimentos experimen- tais e os calculados pelo ERYA para uma amostra espessa de BeO homogénea. As razões estão representadas na tabela 5.8 .
Energia (keV) Razão Yexp./Ycal.
1708 0,958 1610 0,962 1414 0,974 1218 0,943
Tabela 5.8: Razões entre os rendimentos experimentais e calculados pelo ERYA relativamente à pastilha de BeO para as energias de 1708, 1610, 1414 e 1218 keV.
Pela tabela 5.8, pode-se concluir que para o intervalo de energias utilizado se pode utilizar o método baseado no código ERYA para a determinação da quantidade de Berílio presente numa amostra sem o recurso a padrões.
CAPÍTULO 5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
5.6 Reacções
23Na(p,α γ)
20Ne e
23Na(p,p’γ)
23Na
O Sódio é um elemento fundamental no metabolismo dos seres vivos. Existe em abundân- cia na bioesfera, em vários compostos inorgânicos, na litosfera, na hidrosfera e nos aerosóis atmosféricos. A sua detecção quantitativa é importante nas ciências dos materiais, ambiente e saúde, uma vez que pode ser utilizado como referência de controlo.
5.6.1 Análise dos Resultados do Acelerador Van de Graaff
Os espectros foram medidos por Mateus et al [21], mas a emissão de 1640 keV não foi ana- lisada. Como foi referido anteriormente, para amostras com quantidades de Boro muito signifi- cativas, torna-se muito complicado extrair a área do pico de 440 keV. Sendo assim, resolveu-se analisar os espectros antigos e determinar a secção eficaz total da emissão de 1640 keV. O alvo utilizado era composto por uma camada evaporada de NaCl (14,4 µg/cm2) sobre um alvo de Ag
auto-sustentada. O espectro RBS está representado na figura 5.31.
Figura 5.31: Espectro de RBS do alvo NaCl sobre Ag auto-sustentada a uma energia Elab=2000 keV,
com um ângulo de incidência a 0oe com o detector PIPS a θ
lab=162o.
A metodologia utilizada é a mesma descrita para os outros elementos, contudo neste caso, o detector PIPS estava a θlab=162o. A secção eficaz total da emissão de 1640 keV está represen-
tada na figura 5.32.
CAPÍTULO 5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Figura 5.32:Secção eficaz total da emissão de 1640 keV da reacção23Na(p,α γ)20Ne .
No futuro para verificar o rendimento experimental do ERYA vai ser necessário medir para várias energias uma pastilha com composição conhecida contendo Na.
5.6.2 Análise dos Resultados do Acelerador Tandem
Como se verificou no Capítulo 2 o factor entre as secções eficazes determinadas por dife- rente autores não é constante ao longo da energia. Deste modo, tentou-se medir novamente a secção eficaz ao longo da energia. No entanto, estas medidas foram efectuadas mesmo no fim da parte experimental deste trabalho e a fonte Duoplasmatron deixou de funcionar, tendo sido apenas possível a medição de alguns pontos experimentais e não uma medição contínua ao longo da energia.
A partir desses pontos experimentais fez-se a comparação com a secção eficaz medida por Mateus et al.
Foram utilizados dois alvos finos: NaF depositado sobre Ag auto-sustentada e NaCl depo- sitado sobre Ag auto-sustentada, ambos feitos na evaporadora. Para se conseguir determinar a estequiometria dos alvos, os espectros RBS foram colectados na câmara pequena da linha de materiais do Van de Graaff (ver subsecção 4.1.1.2). O feixe foi de4He+a uma energia E
lab=1600
keV, com um ângulo de incidência a 0oe com um detector PIPS a θ
CAPÍTULO 5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
A estequiometria foi calculada ajustando os picos através de vários programas: HOTFIT [68], ORIGIN [62] e NDF [78]. O espectro RBS do alvo NaCl/Ag está representado na fi- gura 5.33. A partir deste espectro, determinou-se que a razão estequiométrica é igual a 1,195 com uma incerteza de 10% e a camada depositada de NaCl é igual a 37,8 µg/cm2.
Figura 5.33: Espectro do alvo NaCl sobre Ag auto-sustentada a uma energia Elab=1600 keV, com um
ângulo de incidência a 0oe com o detector PIPS a θ lab=0o.
Para uma energia incidente do feixe de protões igual a Elab=2400 keV, as razões entre a sec-
ção eficaz total medida e a secção eficaz medida por Mateus et al para os dois alvos analisados, estão representadas na tabela 5.9.
Alvo Secção eficaz total medida (barn) Razão σmedida/σMateus
NaCl/Ag 0,04009 1,090 NaF/Ag 0,03938 1,071
Tabela 5.9:Razões entre a secção eficaz total medida e a secção eficaz medida por Mateus et al para os dois alvos analisados: NaCl/Ag e NaF/Ag.
Como a incerteza da razão estequiométrica é igual a 10%, para os dois alvos analisados a secção eficaz medida está concordante com a secção eficaz medida por Mateus et al dentro do intervalo de incerteza.
Normalizando a secção eficaz determinada por Caciolli et al [33] com a secção eficaz de- terminada da tabela 5.9 determinou-se a secção eficaz total da risca de 440 keV da reacção
23Na(p,p’γ)23Na no intervalo de energias E
lab=1200 e 5200 keV.
Tal como no caso dos elementos anteriores, foi feita uma pastilha de NaCl para calcular as razões entre os rendimentos experimentais e calculados pelo ERYA.
CAPÍTULO 5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Figura 5.34: Secção eficaz total da risca de 440 keV da reacção23Na(p,p’γ)23Na no intervalo de ener-
gias Elab=1200 e 5200 keV. A secção eficaz medida por Caciolli et al foi normalizada pelos resultados
medidos no acelerador Tandem.
Devido ao tempo morto, o detector estava afastado da sua posição original. O factor de correcção proveniente do afastamento foi igual a 5,3.
As razões entre os rendimentos experimentais e calculados pelo ERYA relativamente à pas- tilha de NaCl para as energias de 2399, 2640, 2781, 2964, 3270, 3493 e 3962 keV estão repre- sentadas na tabela 5.10.
Energia (keV) Razão Yexp./Ycal.
2399,8 0,839 2640,9 0,947 2781,9 1,021 2964,3 1,072 3270,1 1,093 3493,5 0,997 3961,9 0,873
Tabela 5.10: Razões entre os rendimentos experimentais e calculados pelo ERYA relativamente à pas- tilha de NaCl para as energias de 2399, 2640, 2781, 2964, 3270, 3493 e 3962 keV.
Pela tabela 5.10, pode-se concluir que para o intervalo de energias utilizado nos dois ace- leradores, existem algumas energias onde a razão é igual a 1,09 e 1,07. No entanto, dentro do intervalo de incertezas acima mencionado, pode-se utilizar o método sem recurso a padrões para quantificar a quantidade de Na numa amostra.
CAPÍTULO 5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Para se compreender a origem do factor entre as secções eficazes medidas, M. Chiari forne- ceu ao grupo de Reacções Nucleares os alvos utilizados por Caciolli et al e vão ser medidos no acelerador Tandem do ITN num futuro próximo.