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Espectroscopia de Raios-X
Katherine Maslova Gioseffi Defante Laboratório de Física Corpuscular (Lab. IV) Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ [email protected]
Resumo: O presente trabalho tem como objetivo o estudo da calibração de um detector à gás com diferentes fontes radioativas: Amerício-241, Bário-133, Césio-137 e Ferro-55. Utilizando a relação canal-energia, é possível observar a discrepância entre o valor obtido experimentalmente e os valores de referências sobre os picos das fontes.
Palavras chaves: espectroscopia, raios-x, calibração.
1. Introdução
Os raios-X, descobertos por Roëntgen em 1895 [1], podem ser gerado de diversas maneiras, como aceleração de elétrons e decaimentos, e também pode interagir com a matéria em diferentes formas, no caso do experimento, daremos atenção ao efeito fotoelétrico [2]. No presente experimento, foi utilizado um detector a gás (Argônio), que funciona da seguinte forma [3]: o fóton incidente no detector ioniza o átomo do gás que libera um íon positivo que é atraído pelo anodo, recebendo um elétron, como pode ser visto na Figura 1, retirada do material de apoio para o experimento. O elétron, produto da ionização, é acelerado em direção ao anodo e, tendo velocidade suficiente, irá colidir novamente com outro átomo de argônio, ionizando-o e gerando outro elétron. Esse processo de “avalanche” se repete e o detector coleta os elétrons para contabilizar como sinal.
Figura 1: imagem do contador proporcional
Na parte experimental, será realizado o cálculo do tempo para encher o volume do detector considerando a taxa de bolhas através da equação:
Onde L é comprimento do detector (117 mm ± 0,05 mm), d é o diâmetro do detector (50,15 mm ± 0,05 mm), D é o diâmetro aproximado da bolha (1 cm) e a taxa de bolhas, tx, é de 10 a cada 17 segundos. No procedimento experimental constará o valor do tempo multiplicado por 2, considerando o enchimento do detector duas vezes para garantir que o detector esteja completamente cheio com o gás necessário. Como o experimento não foi realizado pela autora do relatório e os dados recebidos acerca da tensão ótima de trabalho não estavam nas melhores condições, trataremos a tensão ótima de trabalho como 1550 V.
2. Procedimento experimental
O experimento consiste na seguinte montagem que pode ser vista na Figura 2: um detector gasoso preenchido com 90% Argônio e 10% metano possui uma janela que irá receber a radiação incidente e captar os dados. As cargas coletadas no processo de detecção passam pelo pré-amplificador e são transformados em valores de tensão que são proporcionais aos valores de carga. É válido ressaltar a necessidade de proximidade entre o detector e o pré-amplificador para reduzir o ruído que poderia surgir surgir por conta da resistividade dos cabos além de evitar a perda de sinal. Logo após, os dados são direcionados ao amplificador, onde os valores de tensão são elevados para se tornar eletronicamente mensuráveis, fazendo com que seja possível identificar energeticamente a radiação incidente. Assim, as tensões podem ser observadas, como o formato do pulso, no osciloscópio e dados são enviados a um computador para análise.
Figura 2: esquemático da montagem experimental realizada pela aluna L. Mendes
Considerando esses dados, foi possível fazer um gráfico com ajuste linear para relacionar os valores e poder, por fim, calibrar o detector.
Figura 3: ajuste linear da calibração canal-energia.
É importante comentar sobre a presença de outros picos em alguns dos espectros, como podem ser visto de exemplo na Figura 4.
Figura 4: pico inicialmente desconhecido do Ferro
Observando a Figura 4, indicado pela seta vermelha, é possível observar um pico, que, calculando seu valor de energia, não tem sua origem de natureza como emissão de raios-x, considerando a tabela de referência [5]. O mesmo ocorre com o pico marcado pela seta azul na Figura 5.
Figura 5: pico inicialmente desconhecido do Césio
4. Conclusão
Com os dados do ajuste, foi possível relacionar os valores de canais para valores de energia no espectro, sendo assim, possível identificar os valores dos picos. Os resultados da comparação entre os valores de pico experimentais e de referência podem ser vistos na Tabela 2.
Tabela 2: valores de referência e experimentais dos picos de energia
Elemento Valor experimental (meV) Valor de referência (meV) Discrepância
Ferro 5,4 5,89 8,3%
Amerício 17,4 16,6 4,8%
Bário 30,9 30,85 0,16%
Césio 31,5 32,06 1,8%
