Ionização de camadas atômicas internas por impacto de elétrons com energias de 10 keV a 5 MeV no Microtron de São Paulo

Resumo

Propomos medir a seção de choque de ionização por impacto de elétrons das camadas internas de átomos de elementos distribuídos pela tabela periódica, pela importância teórica e prática do fenômeno. Este estudo é parte do plano de pesquisa do Núcleo de Apoio à Pesquisa sobre as Interações dos Fótons e elétrons com a matéria, NAP-FEM, da USP. O feixe de elétrons, com energia entre 10 keV e 5 MeV, será fornecido por uma das três linhas de feixe do Microtron de São Paulo. A seção de choque será deduzida a partir da medição da taxa de produção de raios-X de fluorescência com detetores de estado sólido. Os alvos finos e sua caracterização serão obtidos em colaboração com outros Laboratórios do Instituto de Física da USP e os padrões de calibração de intensidade de raios-X com o Laboratório de Metrologia Nuclear do IPEN-CNEN/SP. A seção de choque de ionização é um dos parâmetros fundamentais na quantificação dos fenômenos de interação de elétrons e raios-X com a matéria e necessário nas simulações do transporte de fótons e elétrons. Os resultados de seção de choque que já obtivemos têm precisão equivalente às dos melhores dados existentes, entre 10% e 15% de precisão relativa. Com os recursos solicitados neste projeto, montaremos um arranjo experimental e desenvolveremos métodos de análise que permitirão obter resultados com precisão relativa da ordem de 5%. Mediremos também a distribuição angular dos raios-X L em elementos de número atômico elevado, com a expectativa de verificar se as vacâncias na camada L3 produzidas por impacto de elétrons estão alinhadas com a quantidade de movimento da partícula incidente. A observação desse eventual alinhamento é uma questão em aberto, com evidências experimentais controversas e conflitantes. Tanto os resultados experimentais de seção de choque com a precisão pretendida, quanto a medida do alinhamento atômico por impacto de elétrons, cuja intensidade depende das diferenças entre as seções de choque para produção da vacância com diferentes números quânticos de projeção de momento angular, permitirão reavaliar as aproximações usadas nos melhores cálculos teóricos existentes. A revisão da literatura e a análise dos experimentos que concluímos sugerem que as causas prováveis da inconsistência dos diferentes experimentos são: a não uniformidade do alvo; a medição incorreta da eficiência de deteção de fótons entre 3 e 50 keV; a determinação imprecisa do tempo vivo de medição do espectro de raios-X. No caso da medida da distribuição angular, as medições preliminares indicam que conseguiremos um resultado definitivo usando um arranjo em que a produção de raios-X possa ser medida simultaneamente em vários ângulos, o que resolve as dificuldades relacionadas à não uniformidade do alvo. Em relação aos problemas de eficiência e tempo vivo, daremos continuidade aos trabalhos relacionados à medida e calibração da eficiência de detetores de estado sólido e determinaremos a intensidade de emissão de raios-X no decaimento de radioisótopos que possam ser adotados como padrões de calibração de eficiência entre 3 e 10 keV. O sucesso nessas pesquisas contribuirá para estabelecer o Microtron de São Paulo como referência no estudo dos fenômenos de interação dos fótons e elétrons com energias entre 10 keV e 5 MeV. (AU)