Nesta seção comparamos os resultados obtidos em simulações realizadas com o FLUKA para feixes de prótons primários acelerados com diferentes distribuições angulares.
Consideramos um feixe colimado (unidirecional paralelo ao eixo z) e um feixe semi-isotrópico na atmosfera, ambos obedecendo uma distribuição de energia do tipo lei de potência com 𝐸𝑚𝑖𝑛 = 0.2𝐺𝑒𝑉, 𝐸𝑚𝑎𝑥 = 10.0𝐺𝑒𝑉 e 𝛿 = 2.0. Utilizamos um cubo com aresta 2𝐿 = 2.0·107 𝑐𝑚 e densidade 𝜌 = 2.0·10−4 𝑔/𝑐𝑚3, obtendo um column-depth 𝜌·𝐿= 2000𝑔/𝑐𝑚2 (alvo espesso).
Nas Figs. (60) a (69) são mostradas de forma qualitativa as distribuições espaciais na geometria utilizada para prótons do feixe (primários), todos os prótons (primários e secundários), 𝜋0, 𝜋+, 𝜋−,𝜇+,𝜇−, fótons, pósitrons e elétrons. São mostradas as projeções 𝑋𝑌 e 𝑋𝑍 para as distribuições espaciais de cada partícula analisada. Na linha superior de cada figura mostramos o resultado para o feixe colimado e na linha inferior o resultado para o feixe semi-isotrópico. A primeira coluna mostra a projeção 𝑋𝑌 e a segunda coluna a projeção 𝑋𝑍.
Na Fig. (60) são mostradas as distribuições espaciais obtidas para os prótons do feixe (primários). No caso do feixe semi-isotrópico observamos que um número significativo de prótons primários, provenientes de colisões com íons da atmosfera densa que ocorrem mais próximas do plano 𝑧 = 0, é espalhado de volta à coroa. Na Fig. (61) são mostradas as distribuições espaciais para todos os prótons (primários e secundários). No caso do feixe colimado observamos que um pequeno número de prótons secundários é espalhado de volta à coroa. No caso do feixe semi-isotrópico um número bem maior de prótons é espalhado de volta, uma vez que são incluídos tanto os prótons primários quanto os secundários.
Nas Figs. (62), (63) e (64) são mostradas as distribuições espaciais obtidas respecti-vamente para os 𝜋0, 𝜋+ e𝜋−. Conforme esperado, tanto no caso do feixe colimado quanto no caso do feixe semi-isotrópico observamos que as distribuições dos píons são semelhantes à dos prótons primários, uma vez que os píons decaem praticamente no local em que são produzidos.
Nas Figs. (65) e (66) são mostradas as distribuições espaciais obtidas respecti-vamente para os 𝜇+ e 𝜇−. Tanto no caso do feixe colimado quanto no caso do feixe semi-isotrópico, observamos que as distribuições dos 𝜇+ e𝜇− na atmosfera são semelhantes às distribuições dos 𝜋+ e 𝜋−. No entanto, os 𝜇+ e 𝜇− percorrem uma distância média maior devido à meia vida mais longa que a dos 𝜋+ e 𝜋−. Pela mesma razão, notamos que alguns múons atravessam o plano 𝑧 = 0 da atmosfera para a coroa antes do decaimento.
Capítulo 6. Simulações de Processos Nucleares de Alta Energia com o FLUKA 105
Nas Figs. (67), (68) e (69) são mostradas as distribuições espaciais obtidas res-pectivamente para os fótons, os pósitrons e os elétrons. Observamos que no caso do feixe semi-isotrópico o número de partículas produzidas na atmosfera densa que atravessam o plano 𝑧 = 0 da atmosfera para a coroa é significativamente maior.
Nas Figs. (70), (71) e (72) são mostradas as distribuições de energia obtidas respectivamente para os fótons, os pósitrons e os elétrons que atravessam o plano 𝑧 = 0 da atmosfera densa para o vácuo. Observamos que no caso do feixe semi-isotrópico o fluxo de partículas aumenta e estende-se até energias maiores. Também observamos que no caso do feixe semi-isotrópico o fluxo de elétrons para energias .3𝑀 𝑒𝑉 é dominado pela contribuição dos elétrons knock-on. No caso do feixe colimado o fluxo de elétrons para todo o intervalo de energias é dominado pela contribuição dos elétrons provenientes do decaimento de píons, uma vez que a maioria dos elétrons knock-on produzidos propaga-se no sentido positivo do eixo-z.
Capítulo 6. Simulações de Processos Nucleares de Alta Energia com o FLUKA 106
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 60: Distribuições espaciais de prótons primários nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 61: Distribuições espaciais de prótons primários e secundários nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
Capítulo 6. Simulações de Processos Nucleares de Alta Energia com o FLUKA 107
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 62: Distribuições espaciais de𝜋0 nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 63: Distribuições espaciais de𝜋+ nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
Capítulo 6. Simulações de Processos Nucleares de Alta Energia com o FLUKA 108
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 64: Distribuições espaciais de𝜋− nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 65: Distribuições espaciais de𝜇+ nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
Capítulo 6. Simulações de Processos Nucleares de Alta Energia com o FLUKA 109
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 66: Distribuições espaciais de𝜇− nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 67: Distribuições espaciais de fótons nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
Capítulo 6. Simulações de Processos Nucleares de Alta Energia com o FLUKA 110
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 68: Distribuições espaciais de pósitrons nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
semi-isotrópicocolimado
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
-1e+07 -5e+06 0 5e+06 1e+07
x (cm)
Figura 69: Distribuições espaciais de elétrons nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
Capítulo 6. Simulações de Processos Nucleares de Alta Energia com o FLUKA 111
10-4 10-3 10-2 10-1 100 101
Energia (GeV) 10-4
10-3 10-2 10-1 100 101 102 103
Colimado Semi-isotrópico
dn/dE(GeV⁻¹ por partícula primária)
Figura 70: Distribuições de energia dos fótons que atravessam o plano 𝑧= 0 da atmosfera para a coroa nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
10-4 10-3 10-2 10-1 100 101
Energia (GeV) 10-4
10-3 10-2 10-1 100
Colimado Semi-isotrópico
dn/dE(GeV⁻¹ por partícula primária)
Figura 71: Distribuições de energia dos pósitrons que atravessam o plano𝑧= 0 da atmosfera para a coroa nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
Capítulo 6. Simulações de Processos Nucleares de Alta Energia com o FLUKA 112
10-4 10-3 10-2 10-1 100 101
Energia (GeV) 10-4
10-3 10-2 10-1 100 101 102 103
Colimado Semi-isotrópico
dn/dE(GeV⁻¹ por partícula primária)
Figura 72: Distribuições de energia dos elétrons que atravessam o plano𝑧= 0 da atmosfera para a coroa nos casos de feixe colimado e semi-isotrópico.
Capítulo 6. Simulações de Processos Nucleares de Alta Energia com o FLUKA 113