O sistema injetor do acelerador Microtron produz um feixe de elétrons de 1,9 MeV. Esse feixe tem a possibilidade de ser inserido no microtron booster, onde sua
46 energia inicial é elevada até 5 MeV, ou ser desviado para a linha de 1,9 MeV que dá acesso à câmara de alvos onde se realiza experimentos de interação de elétrons com a matéria. O desvio do feixe para a linha de baixa energia é feito por meio de um dipolo magnético com câmara de vácuo em forma de Y. Quando ele está desmagnetizado o feixe segue em direção ao booster, caso contrário ele será desviado para a linha de baixa energia.
Nos experimentos realizados a energia dos elétrons foi de 50 a 100 keV, de modo que em todas as irradiações se trabalhou com as cavidades ressonantes desligadas, usando diretamente o feixe que sai do canhão de elétrons.
A linha de feixe está esquematizada na figura 3.1 e a figura 3.2 traz uma representação de uma imagem desta, destacando a parte de baixa energia. Ela é composta de um tubo de aço que passa através de vários equipamentos até chegar à câmara de irradiação. O feixe proveniente do sistema injetor passa inicialmente por um conjunto de três quadrupolos que tem por objetivo focalizá-lo. Na sequência, ele pode ou ser inserido no microtron booster, ou ser desviado pelo dipolo magnético seletor para a linha de baixa energia que dá acesso à câmara de irradiação onde são realizados os experimentos de interação dos elétrons com a matéria. Quando os elétrons do feixe passam pelo conjunto dos três quadrupolos eles podem não ter todos a mesma energia, o que fará com que cada um deles sofra um desvio diferente, assim, ao entrar na linha de baixa energia esse feixe passa por uma fenda de carbono cujo objetivo é barrar os elétrons que sofreram maiores desvios. Uma vez que esse processo pode gerar
bremsstrahlung a fenda possui uma blindagem de chumbo para absorver essa radiação.
Depois de passar pela fenda os elétrons passam por mais dois quadrupolos que vão focalizá-los e por fim chega até a câmara de irradiação. Nessas condições o feixe apresenta um diâmetro de aproximadamente . Um monitor de posição permite visualizá-lo antes que chegue a câmara de irradiação. Acoplado a câmara está o detetor, posicionado em um dado ângulo em relação ao feixe, e o copo de Faraday, formando um ângulo de 0 graus com o feixe.
47 Figura 3.1: Esboço da linha de irradiação. O feixe de elétrons entra pelo lado esquerdo inferior da figura. Quando o dipolo seletor está magnetizado ele desvia o feixe para a linha de baixa energia, conduzindo-o até a câmara de irradiação, no canto superior direito.
A câmara de irradiação é de aço, sendo que sua parede próxima ao copo de Faraday está revestida internamente com alumínio, com o objetivo de reduzir a produção de bremsstrahlung pelos elétrons espalhados no alvo. Ela possui flanges que permitem colocar o detetor nas posições de 12, 30, 45, 60, 90 e 120 graus em relação ao feixe incidente e duas tampas distintas com suportes ora para o alvo e ora para as fontes de calibração, de modo que no momento da calibração do sistema de aquisição seja possível reproduzir, o mais próximo possível, a geometria do experimento durante a irradiação. A tampa da câmara com o suporte para alvos possui um monitor de posição. Com o auxílio de um dispositivo pneumático é possível colocar ou o alvo, ou o monitor de posição no centro da câmara, onde eles serão atingidos pelo feixe, ou então suspender ambos, deixando o centro da câmara livre. A figura 3.3 traz o suporte de alvos e de fontes de calibração em cada uma das tampas.
Feixe Quadrupolo Dipolo seletor Fenda e blindagem Monitor de posição Copo de Faraday Detetor de raios X com dewar
48 Figura 3.2: Linha de feixe de baixa energia do acelerador Microtron do IFUSP. a-) Visão geral desde o tripleto de quadrupolos até a câmara de irradiação. b-) Linha de baixa energia com os dois quadrupolos focalizadores logo antes da câmara de irradiação.
b-) a-)
49 Figura 3.3: a-) Tampa da câmara de irradiação com o suporte para as fontes de calibração. b-) Suporte para alvos, em que se vê acima do alvo o view screen, que monitora o feixe, já bastante queimado.
O copo de Faraday feito de carbono colocado à 0 graus em relação ao feixe é usado para fazer a medida da corrente. A figura 3.4 traz um esquema de sua representação. Seu diâmetro externo é de 20 mm sendo que o diâmetro externo do cone interno é de 16 mm e seu comprimento é de 64,8 mm.
Figura 3.4: Esquema do copo de Faraday. Seu comprimento é de 64,8 mm, seu diâmetro é de 20 mm, sendo o diâmetro externo da forma cônica de 16 mm.
a-) b-) Copo de Faraday (Carbono) 64,8 mm 20 mm 16 mm
50 Quando o feixe atravessa o alvo ele diverge e alguns elétrons conseguem atingir as paredes internas da câmara gerando radiação de freamento. A cargo de reduzir essa radiação, além do revestimento interno com alumínio na região próxima ao copo de Faraday, foi instalada uma estrutura de carbono logo a frente deste, na entrada do flange da câmara. Com isso, os elétrons que antes atingiam as paredes passam agora a atingir o carbono, diminuindo a produção de bremsstrahlung, uma vez que a seção de choque de produção de bremsstrahlung é proporcional à e o número atômico do carbono , é menor do que o do alumínio e do ferro . As figuras 3.5 e 3.6 trazem um esquema e a reprodução de uma imagem, respectivamente, da estrutura de carbono que foi instalada na câmara.
Figura 3.5: Esquema do flange onde está o copo de Faraday e a estrutura de carbono confeccionada com o objetivo de reduzir a produção de radiação de freamento.
Figura 3.6: Reprodução de uma imagem digital obtida de dentro da câmara da estrutura de carbono colocado no flange antes do copo de Faraday para reduzir a produção de
bremsstrahlung.
Estrutura de carbono Suporte do copo de Faraday
51 Os espectros de energia obtidos das irradiações apresentam não só os picos de raios X característicos dos alvos, mas também um contínuo que se estende desde a região de baixa energia até a energia do feixe de elétrons. No experimento deste trabalho grande parte dessa radiação é gerada quando os elétrons do feixe são desviados para a linha de baixa energia, quando atravessam o alvo e quando atingem o copo de Faraday. Para barrar essa radiação foi usada uma blindagem de chumbo e uma blindagem de cobre em torno do detetor, sendo o objetivo desta última blindar o detetor dos raios X provenientes da fotoexcitação do chumbo utilizado na região externa. A figura 3.7 traz a blindagem de cobre e de chumbo, do experimento realizado com o alvo de tântalo e com o detetor de Si(Li).