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Lab. de Fis. Corpuscular -FIW474

“sondas” !. Lab. de Fis. Corpuscular -FIW474. Prof. Marcelo Sant’Anna Sala A-310 (LaCAM) e-mail: mms@if.ufrj.br. Os corpúsculos podem ser:. Elétron, prótons, neutrons, núcleos, átomos, íons positivos, íons negativos, fótons, agregados de átomos, ... Lentos ou rápidos

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Presentation Transcript

  1. “sondas” ! Lab. de Fis. Corpuscular -FIW474 Prof. Marcelo Sant’Anna Sala A-310 (LaCAM) e-mail: mms@if.ufrj.br Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  2. Os corpúsculos podem ser: • 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 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  3. e- e- Projéteis sem estrutura versus com estrutura Projétil sem estrutura Ex.:Elétron espalhado Projétil com estrutura Ex.:átomo espalhado Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  4. O que podemos fazer com projéteis? Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  5. E= 1 eV H+ Como obter os projéteis: Aceleradores LaCAM (IF-UFRJ) E ≈ 1 MeV v ≈ 0.05 c Pilha E ≈ 1 eV v ≈ 5 x 10-5 c CERN E ≈ 106 MeV v ≈ 0.996 c Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  6. 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 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  7. Seções de choque Seções de choque: por quê? Entender processos da natureza Teoria (clássica ou quântica) Experiência Obs.: unidade de área Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  8. Alguns exemplos (quase aleatórios). Física básica e aplicações de seções de choque como parâmetros. • a) Estudar a dinâmicas das colisões. Ex.: o que acontece com os elétrons em uma colisão átomo-átomo? Quais as interações relevantes? • b) Geração de energia elétrica por fusão nuclear controlada. • c) Estudo da magnetosfera terrestre. Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  9. Física básica. (Obs.:“Seções de choque versus Espectroscopia”) Fóton + C6Hn x M.M. Sant’Anna et al., Phys. Rev. A 74, 022701 (2006) C. Kolczewskiet al., J. Chem. Phys. 124, 034302 (2006) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  10. b) Geração de energia porFusão Nuclear Controlada Fonte de íons Aceleração e focalização elétrica Aceleração e focalização magnética câmara Deutério e Trítio 100 MeV 2 MeV 4000 MeV Minimizar a perda de feixe Minimizar custos Integrated Beam Experiment – IBX (USA) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  11. 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, A12213 (2005) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  12. fótons (Luz visível) fótons (Infra vermelho) Átomos neutros Tempestade Geomagnética plasma Seções de choque pluto.space.swri.edu/IMAGE/ c) IMAGE (Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  13. 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 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  14. 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 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  15. 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 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  16. 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 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  17. 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 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  18. Programa (d: projetos utilizando nosso acelerador) Algumas sugestões: • Colisões atômicas: medida de seções de choque de captura ou perda eletrônica em câmara gasosa. • Implementação de uma medida de RBS. • Realização de implantação iônica • Colisões nucleares de baixa energia • ... (vasculhem a internet !) Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  19. 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 AN34 Laboratory Manual, third edition EG&G ORTEC Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  20. Critério de aprovação A nota será composta de dois graus G1 e G2 com 50 % de peso cada. Se a média M=(G1+G2)/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 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

  21. 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. • Título, datas, colaboradores • Objetivos do experimento (obs.: teste seu próprio texto. Se ele “serve” para qualquer relatório, não serve para nenhum) • 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 Relatórios Laboratório de Física Corpuscular - aula 1- 2007.1 - Instituto de Física - UFRJ

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