UNIVERSIDADE DE SAO PAULO
INSTITUTO DE FÍSICA
DECAIMENTO DO
57Ni
PEDIDO.vr v
i n i .
DECC BIBUGCtSP-USP/?F-BÇ
ANA MARIA DOS SANTOS SCARDINO
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETIDA
AO INSTITUTO DE FI'SICA D A
UNIVER-SIDADE D E SAO PAULO.
ORIENTADOR:
PROF. DR.
OTAVIANO AUGUSTO MARCONDES HELENE
SÃO PAULO
FICHA CATALOGRÃFICA
Preparada p e l o S e r v i ç o de B i b l i o t e c a e Informação
do I n s t i t u t o de F í s i c a da Universidade de São Paulo
Scardino, Ana Maria dos Santos
Decaimento do
57Ni. São Paulo, 1987.
Dissertação (Mestrado) - Universidade de São
Pau-lo. Instituto de Física. Departamento de Física Expe
rimental.
Área de Concentração: Física Nuclear
Orientador: Prof. Dr. Otaviano Helene
Uniterm»: l.Espectroscopia gama do
57Co a partir
do decaimento bt. • do
57Ni; 2.Medidas de espectrosco
pia simples e coincidência.
Ao
SuKi,
que acaba de
na.oc.zx
e
Wagner,
RGRPDECIMENT05
- Prof. Dr. Paulo R. Pascholati pela idéia que originou esse trabalho, e orientação durante 2 anos
- Prof. Dr. Otaviano P. M. Helens pela imensa paciência, disposiçlo e orientação nos últimos anos desse trabalho, sem a qual não teria sido possível
sua realização.
- Prof. Dr. Vito R. Vanin pelo encorajamento , disposição e inestimáveis discussões durante todo o
trabalho
- Prof. Dr. Iuda Dawid Goldman Vel Lejbman e M. Tiago da Cruz pelos ensinamentos prestados
- Wagner, pela compreensão de todas as horas.
- P todo o pessoal técnico, pela competência, presteza e dedicação.
- Ps secretárias Maria de Lourdes Morais e Olga Lorena M. Gatica, pelo apoio.
- Pos membros do Grupo, Pngela, Caio, Célia, Eduardo, Garabed, Regina e Zsuzsanna pela amizade e apoio. - Pos que me auxfliaram nas figuras João Carlos e
Garabed.
- Po pessoal da biblioteca e xerox
- Pos meus pais • irmãos pela grande ajuda nos últimos meses.
9
RESUMO
O decaiwento do S 7Ni para o s 7C o , obtido peta
reaçlo 3*Ni (Y.n) " M i foi estudado nesse trabalho po:
espectroscopia gama simples e coincidência gama - gana.
0 fonte de **Ni foi produzida irradiando-se níquel Metálico natural na forma de p6, com o fejx: de bremsstrahlung produzido em UM a lamina de Tintato '''• 2 M M de espessura pelo feixe direto de elétrons, do Pc«ler?djr Linear do IFU5P. C O M energia de 30 MeV.
Os espectros simples foraM obtidos con urn detector HPOe de 104 c.c. e os de coincidência C O M detectores Ge(Li) de 53 e 27 c.c. e HPGe de 104 c.c.
Rs energias das transições que segue* o decaime ito do s 7N i foram medidas utilizando-se as energias do -'Co coio
padrjio (o qual * obtido por reaçSo ( Y,np) no '-'Ni), e considerando-se os vínculos cascata "cross-over*"
Seis novas transicffcs gama de baixa intensidade foram observadas na análise dos espectros simples. P:. energias e intensidade; relativas dessas transições r*
relaçSo a transiçlo de 1377.6 KeV, slo as seguintes: 304 KeV, 0.0024; 541.9 KeV, 0.0045%; 755.3 KeV, 0.0066%; 1279. 7 KeV, 0.012%; 1350.5 KeV, 0.0024% e 1603.3 KeV, 0.0048%.
P análise dos resultados da medida em coincidência confirma a existência de 3 dessas linhas: 1279.7 KeV, 1350.5 KeV e 1603.3 KeV.
Rs transições de 541.6 KeV, 755.3 KeV e 304.2 > V nlo foram vistas nos espectros em coincidência. No entant • este fato nlo permite concluir pela inexistência dititss
linhas, u*a vez que as áreas dos fotopicos podea estar camufladas na flutuacSo estatística do fundo dos espectros obtidos.
R discusto qualitativa efetuada pernite contestar a atribuiçío do spin J* = 3/2- atribuído ao nível correspondente a energia 3106 KeV do ^'Ni, sugerindo o valor 1/2- para esse nível. Para os níveis a 3177 e 2731 KeV foram propostos os valores J*= 5/2" e J = 3/2 ou 5/2 respectivamente.
RB5TRRCT
The decay of S 7N i to S 7C o was studied by gamma ray
spectroscopy using both singles and coincidence spectra. The sources were obtained with the **Ni (Yin) S 7N i reaction.
Natural metallic nickel was irradiated in the bremsstrahlung beam of the linear accelerator of the Instituto de Física da Universidade de 53o Paulo with 30 MeV electrons.
The singles espectra were taken with 104 cc HPGe detector and the coincidences espectra with 27 and 53cc Ge(Li) and 104 cc. HPGe detectors.
The energies of transitions that follow the & vN i
decay were measured using s* C o as standard (which was
obtained by (y.np) reaction in s* N i ) and taking into account
the cascade cross-over relations.
Six hew low-intensity transitions were observed in analysis of singles spectra. The energies and relative intensities of these transitions taking the 1378 KeV transition as reference, are the following: 304.1 KeV, 0.0024%, 541.9 KeV, 0.0045%, 755.3 KeV, 0.0066%, 1279.7 KeV, 0.012%, 1350.5 KeV, 0.0024% • 1603.3 KeV, 0.0046%.
Three of these lines were confirmed by coincidence measurements: 1279.7 KeV, 1350.5 KeV e 1603.3 KeV. The others were not observed. However, it doesn't allow us to conclude for the no existence of this lines, since the
photopeak areas may be hidden in the statistical flutuation on the spectras obtained.
The qualitative discussion permits us to refute the assigment of spin J = 3/2- with energy level at 3108 KeV, suggesting a spin J = 1/2-. For the level at 3177 Kev* and 2731 KeV the assignments J = 5/2~ and J = 3/2 or 5/2 respectively are proposed.
ÍNDICE
Páginas
CPPíTULO I - INTRODUÇRO
CRPÍTULO II - MéTODO EXPER1MENTRL
II. 1 - PREPPRRÇKO E IRRPDIPÇSO DP FONTE 03
11.2 - DETEÇSO E P0U1SIÇS0 DOS DPD05 DE
E5PECTR05C0PIP 5IMPLE5 06
11.3 - RNALI5E DOS ESPECTROS 5IMPLH5 12
11.4 - DETEÇXO E PQUI5IÇK0 DOS DRD05 0IPPRRMÉTRICO5. 14
11.5 - PNALISE DPS COINCIDENCES REPI5 23
CRPÍTULO III - RESULTRD05 EXPERIMENTPI5
111.1 - ESPECTROS SIMPLES
111.1.1 - ENERGIR DPS TRANSIÇÕES 27
111.1.2 - IDENTIFICRÇXO DRS TRPN5IÇ3E5 GRMPS 37
111.1.3 - INTEN5IDPDE RELPTIVP DP5 TRPN5IÇÕE5
GRMRS 53
111.2 - ESPECTROS BIPPRPMÉTRICOS
111.2.1 - CRLIBRRÇXO DE ENERGIR E LPRGURP P MEIP
PLTURfl 56
111.2.2 - IOeNTlFICRÇXO DRS TRANSIÇÕES 59
CAPITULO IV - D15CUS5X0 - INTERPRET«5*0 DO ESTRUTURA NUCLEAR DO »'Co
IV.1 - REVI5X0 TEóRICR 82
IV.2 - E50UEMR DE DECRIMENTO PROPOSTO 85
CAPITULO V - C0NCLU5X0 93
RPCNDICE 95
REFERÊNCIR5 103
1
C R P f T U L 0 I
I.I - Introdução
R estrutura dos níveis de baixa energia do S 7C o
tem sido estudada por diversos autores. Konijin et ai (Ko-56) iniciou o estudo do decaimento beta do S 7N i para o 3 7C o ,
utilizando medidas de coincidência gama-gama e. correlaçSo angular com detectores de NaI. Posteriormente esse decaimento foi revisto por vários outros autores.
Estudos com outras reaçSes que envolvem o """Co também foram realizados: B AF e l o , p ) ; &* F e ( p , Y ) , r,<íNi(t,o ) ,
»*Fe(H», d ) , (Ko - 5 8 ) , (PI - 6 6 ) , (LI - 6 7 ) , (BL - 6 6 ) , (RO - 6 7 ) , (HR - 7 2 ) .
0 s 7N i decai para o S 7C o por captura eletrônica
(60% de intensidade) e emissSo de positron (40% de intensidade) com uma meia vida de 36 horas (LE - 7 6 ) .
Nesse trabalho, o decaimento do s 7N i foi estudado
experimentalmente com o objetivo de se definir a existência de transições gama de baixa intensidade desconhecidas ou mal estabelecidas.
Rs fontes de S 7Ni foram produzidas pela reaçSo
" N i (y,n) com gamas de bremsstrahlung produzido com o feixe de elétrons do Acelerador Linear do Instituto de Física de Slo Paulo. Foram feitas medidas de espectroscopia gama diretas e em coincidência. Os espectros foram obtidos com detectores Ge (Li) • HPGe da Ortec.
R estrutura nuclear do »7Co tem um interesse
na camada 1 f ? sa. Uma quantidade considerável de trabalhos
teóricos têm sido realizados com a intenção de explicar a estrutura dos níveis à baixa energia do " ' C o , que se constitui num bom exemplo para comparação dos modelos nucleares.
Cálculos considerando desde modelo de camada até acoplamentos intermediários explicam várias propriedades dos estados de baixa energia do S 7C o . No entanto ainda existem
dúvidas quanto aos detalhes da estrutura de vários níveis, particularmente quanto aos níveis entre 2.7 e 3.2 MeV.
Os resultados obtidos nesse trabalho contribuem para o enriquecimento dos dados já existentes, complementando o esquema de níveis de energia para o decaimento do s* N i .
0 conjunto de experimentos realizados para a determinação do esquema de decaimento do s' N i é
relativamente complexo, o que favoreceu a opção de descrever inicialmente os aspectros comuns ao conjunto de medidas, tanto para espectroscopia simples, como para a coincidência gama-gama, o que é feito no Capítulo II - Método Experimental, deixando para o Capítulo III - Resultados Experimentais os detalhes específicos de cada medida.
Uma descriçlo de vários modelos nucleares propostos para a interpretação dos níveis mais baixos de energia do *7C o foi feito no Capítulo IV - Discussão
Interpretação da Estrutura Nuclear do • " C o , com o objetivo dt comparar os resultados deste trabalho com outros já existentes pars a estrutura nuclear desse nuclídeo.
3
C R P 1 T U L D II
MÉTODO EXPERIMENTAL
II.1 - Preparação e Irradiação da Fonte
Rs fontes de 5 7N i foram obtidas irradi ando-se
níquel metálico natural, na forma de pó, com o feixe de bremsstrahlung produzido em uma lâmina de Tântalo de 2 mm. de espessura pelo feixe de elétrons com energia de 30 Mev, do Acelerador Linear do IFUSP.
Rs características do feixe nío analisado s3o aproximadamente 15 mm. de dimensSo transversal, 1 VR de corrente e 6% de resoluçlo em energia (Tfl-75)
Os alvos foram irradiados im celas de alumínio em forma de discos cpm 11 mm. d* dilmetro e 2 mm. de profundidade.
Durante as irradiações, que foram longas, (cerca de 20 horas) foi utilizado um dispositivo que permite manter > centragem do feixe de elétrons. Esse dispositivo consiste de quatro detectorcs proporcionais, 2 verticais e 2 horizontais na forma de arcos de circunferências colocados
imediatamente antes da llmina de Tlntalo. Esse monitor de posiçfo foi desenvolvido por membros do LRL ( V R - 8 4 ) .
Rs reaçffes concorrentes produzidas, assim como a resçlo de interesse slo apresentadas na tabela 1, com os respectivos limiares de reaclo e meiss-vidas.
4
TRBELfl 01 - Limiar e tempo de meia vida da reaçSo de interesse e das reaçõ*es concorrentes na irradiaçSo do s aN i ReaçSo "•Ni( Y , n ) » ' N i »*Ni( Y ,2n)**Ni **Ni( Y ,np)5*Co &« N i ( Y ,p)a'Co e,aNi (y p ,Y n)t,,*Co Limi ar(Hev)(*) 12.22 22.47 19.55 8.18
0.4
Tempo de 36 h6.1
78.5271
71.3 mei ad
d
d
d
vida(*)(*)Valores obtidos da ref.(LE-78)
" Buto absorçSo na fonte •
Para evitar a obtençSo de diferentes índices de auto absorçio em uma mesma amostra, na última medida de espectroscopia simples, foi construída um "cela" (veja figura 0 1 ) para a fonte que fosse capaz de manter o pó homogêneo, pois po prensado pode ieslocar-se devido a açSo da gravidade.
P cela foi construída fazendo-se um orifício de 2 cm. de dilmetro, que corresponde ao dilmetro da
"armadilha* para espalhamento (veja item I I . 3 ) , em um quadrado de 2.5 cm. de lado e 1.75 mm. de espessura.
O material utilizado foi uma chapa de plástico recoberta com cobre e 2 lamínulas de microscópio servindo como lacre.
R lamínula foi colada ao plástico com cola Super Bonder, colocando-se entio p6 irradiado, a mesma cola e
acetona, misturando-se rapidamente. Em seguida colou-se a outra lamínula, lacrando-se a "cela*.
0 medida da massa foi feita após o preparo da fonte e forneceu o valor de 1,76 gramas.
R correção de auto-absorclo foi estimada, considerando-se o limite de fonte fina, homogênea e
infinitamente distante do detector, descrita na ref. (Pfl-8 7 ) .
Considerando-se que o fóton seja absorvido na metade da espessura, teremos uma correçSo de 51 para a energia de 127 Kev. Para a energia de 300 Kev a correçSo cai para 3%.
MMI#V am cm.
Fio.1 - Ceio poro o fonts utiüzodo no medido do «pectroscopio simple», o fim d» evi-tar o obtenção do diferente» indico» de auto oteorsffo.
6
11.2 - DetecSo e aouisiclo dos dados de espectroscopia simples
Foram realizadas três irradiações para obtençSo dos dados de espectroscopia simples. Na primeira irradiaçSo obti vemos valores mais exatos de energias das linhas de transiçSo eletromagnéticas conhecidas. Na segunda irradiaçSo nSo foi possível encontrar nenhuma linha pouco intensa, que nSo tivesse sido medida anteriormente. Isso só foi possível numa terceira irradiaçSo.
Os características dos detectores utilizados em cada experimento nas medidas dos espectros simples estSo descritas na tabela 2.
7
TPBELR 02- Características dos detectores utilizados em medidas de espectroscopia simples em três
irradiações diferentes. IRRRDIRÇKO Volume ativo Tipo do Dfetector Di amet ro do Cristal Espessura do Cristal TensSo Resolução (*> eficiência (*) PR1MEIRP 53 c.c 6e(Li)coax-ial VIP 10 47 mm. 36 mm. 4800 V.+ 1.95 KeV 11.92% 5EGUNDP E TERCEIRO 104.2 c.c HPGe coaxial 50.6 mm. 58.6 mm. 2500 V.* 1,75 KeV 22.31
(*) P especificaçBo da eficiência é obtida com uma fonte de *°Co calibrada, colocada sobre o eixo e a. 25 cm. do envoltório externo do detetor. Seu valor é o quociente entre as eficiéncias absolutas do detector de Ge(Li) e HP6e e de um detector de "3x3* Nal(Tl), para a energia de 1.333 MeV. (IE-71).
No último experimento foi utilizada uma blindagem no detector de 104.2 c.c. que consistia de um cilindro oco de Ferro de 11 cm. de dilmetro interno, 31 cm. de dilmetro externo e 45 cm de comprimento, que transmite cerca de 11 para fótons de 236 KeV, 2% para fótons de 609 KeV e 5% para fótons de 1460 KeV, da radiaçlo de fundo da sala de medidas. Para evitar o incoveniente de que fótons espalhados no
interior da blindagem atinjam o detector, foi utilizada uma armadilha para fótons espalhados pela blindagem desenvolvida
6
por membros do LRL ( V R - 6 4 ) . R armadilha é constituída de quatro meniscos de chumbo torneados, presos por tirantes de alumínio através da parte externa. Os ângulos de corte dos meniscos, os diSmetros dos orifícios e a separaçSo entre eles foram escolhidos de forma a nSo permitir que fótons espalhados pela blindagem ou pelos próprios meniscos
atinjam o detector .
R figura 2 mostra o arranjo experimental utilizado nesse experimento.
R aquisição de dados foi realizada através de uma interfere CRMRC (Computer automated measurement and control) usando um microprocessador programável (MBD-11da BiRa) com 8 canais de acesso direto a memória do computador PDP 11/45, para armazenar os dados em modo multicanal.
0 diagrama de blocos do sitema de deteçSo e aquisiçSo é mostrado na figura 3.
0 pré-amplificador é acoplado ao detector, com sua saída conectada a .um amplificador ORTEC, modelo 572, com circuito para aviso de empilhamento, que foi necessário devido a alta taxa de contagem. 0 sinal de aviso de empilhamento é colocado em anticoincidSncia com o sinal de energia no conversor analógico digital ( R D C ) . Rssim, quando ocorre um empilhamento, o RDC nlo converte o sinal correspondente. R saída do amplificador foi conectada ao RDC do tipo NORTHERN NS 621 com resoluçlo máxima de 8192 canais para uma faixa de 8V de amplitude de pulso. Cada dado convertido pelo RDC é enviado ao registrador de entrada CRHRC e adicionado diretamente ao hittograma na memória do
FIO. t A - ARRANJO EXPERIMENTAL UTILIZADO NA MEOIOA DE EXPECTROSCOPIA SIMPLES, ONDE O OETETOR I
BLIN-DADO POR UM CILINDRO OCO DE P i . NO INTERIOR DA BLINDAGEM FOI COLOCADA A "ARMADILHA" MOSTRADA
ISOLADAMENTE NA FIO.EB. I , 4«w ^ p F ^ * *-" * ^
FIO. 99 - • ARHACIU«r PARA K ftmã ESPALHADOS NO INTIR.OR i/A tLlNPAatM.
DETETOR ^ > AMPLIFICADO* OONVERSOR ANOLÓOICO OIOITAL PONTE OE A.T. REOISTRAOOR OE ENTRADA CAMAC COMPUTADOR POP1V46 INTERFACE MIPROPROORAMáVEL MIO 11
Fio. 3 - Circuito olotrònlco o do oouitlçSo utilizado not medidos do espectroscopio simples.
11
n programaçlo do sistema de aquisiçlo de dados foi desenvolvida pela equipe de computaçSo do laboratório.
0 programa de aquisiçlo permite iniciar as medidas quando sSo fornecidas as seguintes informações: regilo onde serio armazenados os histogramas, número de medidas, tempo de duraçlo de cada medida, tempo de espera entre o término de uma medida e o início de outra e uma tríade de caracteres alfa numéricos para identificaçSo dos arquivos correspondentes aos histogramas que serio transferidos automaticamente para o disco, finda a medida. t criado também um arquivo no disco onde slo escritos para cada medida, a hora e a data de início e término das contagens e o nome do arquivo de cada histograma.
Quando a regiSo onde os espectros slo armazenados é criada, deve-se fornecer o número de canais que ficarão disponíveis para eventuais estouros no número de contagens. Como cada evento detectado corresponde a somar uma unidade numa regiSo da memória do computador, o maior número que pode ser colocado nessa regiSo é 21* , que correspondem aos
16 bits de memória. Um evento que se some a este valor, fará zerar o sistemj e ele desprezará os eventos que li existiam. Se é fornecido ao programa o "número de overflows" ele deixari disponível uma regilo que recuperará esses valores
automaticamente. No último experimento efetuado, esse valor fornecido nlo foi suficiente devido a alta taxa de contagens, sendo necessário um trabalho posterior de recuperaçlo d* todos os espectros, que foi feito somando-se a cada canal onde houv.e perda de contagens o valor 65536, ou ue) múltiplo inttiro desse valor. Um espectro onde houve
12
perda de contagens devido a esses estouros ê mostrado na figura 4.
« u n w M n r - M P
1M.S 2ÊB.S M&S
Figura 04 - Espectro onde houve perda do número de contagens, devido a forte intensidade da fonte.
11.3 - Rnátise dos Espectros Simples
Os espectros simples foram analisados por um sistema de programação desenvolvida pelos membros do Laboratório do Acelerador Linear. Para análise das áreas foi utilizado o programa ldefix (GO - 8 6 ) , que oferece várias opçffes para ajuste dos picos. Utilizou-se com maior frequlncia o ajuste que considera a área de uma gaussiana,
13
com uma cauda exponencial mais uma fi-nçSo degrau pelo método do mínimo quadrado. Um ajuste desse tipo é mostrado na figura 5. Q escolha do tipo de funçSo a ajustar depende da análise do formato do pico. Para picos pouco intensos optou-se pelo ajuste somente de uma gaussiana, pelo método de máxima probabilidade. 0 fundo pode ser linear, quadrático ou ser descontado diretamente de um espectro de fundo. Normalmente o fundo foi considerado quadrático.
&ME*K &fSE«re 7.CK«B & O E * B 6 -: S.KE'86 4.MM6 3LHE«K 2,f*W — i — 121M — I — E N E R C I A ( k . V ) 121» 132.ÍB 13118
n
148.» 1 — 144. BSumm
• • I I B 1 I I I I < - - - - l l l H H M • • ! ! • • • • • •4,1 72.» M.» MJ SB.» C A N A L M4.S 112.» I2B.» 128.»Figura 05 - Modo de ajuste de um pico pelo programa IDEFIX considerando uma gaussiana com uma cauda exponencial, mais uma funçlo degrau.
Tem-si também a opçlo de ajustar automaticamente vário» picos em vários espectros fornecendo-se o nome do espectro, tipo de ajuste, valores iniciais das posições e
larguras dos picos, c canais inicial e final das integraçOes.
Em qualquer uma das opçSes pode-se prefixar a largura à meia altura da gaussiana, ou considerar uma calibraçSo de largura pela função FHWM =Vaxa + bx * c,
onde x = posição dos picos, fornecendo-se os coeficientes a, b e c ao programa (GO-86). Esses coeficientes são determinados através do ajuste da função aos picos intensos e bem determinados. 0 vantagem desse procedimento é que, fixado o valor de um parâmetro melhor do que ele teria se fosse estimado, os erros nos demais parâmetros diminuem. Pode-se ainda fornecer os coeficientes da calibraçâo de energia para uma função do segundo grau, e da função degrau.
Para a calibraçSo de energia foi utilizado um programa (60-62) que considera o erro na variável dependente (energia) e na variável independente(canal ou posição do pico), ajustando uma parábola aos dados.
Foram ainda utilizados muitos outros programas, como soma de espectros, visualização dos espectros em terminal gráfico e na graficadora, etc.
II.A - Deteção e Qquisição dos dados Biparamétricps
Para a aquisição dos dados biparamétricos foram feitas 2 irradiações:a primeira que durou 23,5 horas com uma interrupção de 9 horas, e cujas medidas foram iniciadas ctrca de 26 horas após o término da irradiação; e a segunda onde pretendia-se irradiar 12 horas ininterruptas com a imediata medida da fonte produzida. Essa opçlo foi feita levando-se em conta que a cada dez horas de interrupção da
irradiação sSo necessárias mais 1.6 horas de ativaçSo para se restabelecer a mesma atividade da amostra no instante em que parou de ser irradiada, conforme demonstração feita no PpSndice I. No entanto isso nSo ocorreu devido a um defeito apresentado em um dos módulos eletrônicos (SincBip) do sistema de aquisiçSo, o que atrasou o início da medida em aproximadamente 27 horas.
P primeira medida de coincidência gama-gama utilizou 2 detectores de Ge(Li) ORTEC VIP 10 volume 53 e 27 c.c, formando um Sngulo aproximadamente reto entre seus eixos de simetria com o intuito de diminuir a grande quantidade de eventos detectados em 511 Kev", provenientes da emissão de positrons. Ps especificações do detector de 53 c.c. estão listadas na tabela 2. 0. detector de 27 c.c. é um Ge(Li) coaxial, com diâmetro e espessura do cristal iguais a 40.3 mm. e 22.6 mm. respectivamente, opera na tens3o de 2400V positivo com resolução e eficiência 2.3 KeV e 4.7% respectivamente.
P segunda medida teve a mesma geometria,com a diferença, que os detectores foram de maior volume ; 53 c.c. e 104 c . c , sendo que foi utilizada uma blindagem de chumbo no detector de 53 c . c , para diminuir a deteçSo de fótons espalhados pelo detector de 104 c c e retroespalhamento, e a distSncia fonte-detectores foi reduzida em 1/3 em relaç3o a primeira medida. P figura 06 mostra a disposiçSo geométrica dos detectores, fonte, blindagem e absorvedor. Um absorvedor da chumbo da 1.9 mm. de espessura foi colocado antra a fonte a o detetor da maior volume, para absorver linhas de transiçlo de baixa anergia. Essa espessura da
chumbo absorve 85% dos f ô t o n s com e n e r g i a de 127 KeV e 26% com e n e r g i a de 540 KeV.
DETETOR DE 53o»3
OBSORVEDOR DE Pb
DETETOR DE 104 cm»
Flg.6 - Disposição geométrica dos detetores, fonte, obsorvedor • blindagem no medido de coincidência g>-».
Os modificações da segunda medida em relação a primeira sio:
a - R atividade da amostra é maior, por ter sido irradiada maior massa de níquel,
b - Foi utilizado um discriminador d<> fraçSo constante (CFO) 584 da Ortec, que oferece melhor resoluçlo em tempo para altas taxas de contagens, em conjunto com um amplificador 5 7 9 Ortec (FFfl), conectado ao detector de 104 c.c.
c - 0 tempo de medidas foi duplicado, ocupando 10 fitas magnéticas de 2400 pés para armazenar os dados, sendo que na primeira medida utilizamos somente uma fita magnética,
d - 0 "shaping time" dos amplificadores da linha lenta foi fixado em lys , sendo que antes foram fixados em 2 u s .
0 circuito de coincidência completo, composto de uma linha lenta, que garante os valores de energia, e outra rápida que garante que os dois gamas provêem do mesmo núcleo, está esquematizado na figura 07.
Parte Lenta:
Os amplificadores da parte lenta possuem circuito para aviso de empilhamento (INH) com saída ligada ao módulo de coincidência universal com a condição de anti-coincidência. Esse circuito fornece um pulso lógico cada vez que entra no amplificador um pulso deformado, resultante do empilhamento de dois ou mais pulsos.
Dos amplificadores, os pulsos bipolares passam por um analisador monocanal rápido (T5CR), a fim de eliminar ruído e selecionar energia. Do T5CP saem pulsos lógicos que vSo para o módulo de coincidência universal. Os pulsos unipolares vlo direto para os conversores analógico digitais (RDC). Os janelas em energia foram ajustadas através dos níveis de discriminaçlo do T5CR de tal forma que para o detector de 53 c.c. selecionou-se energias de 50 a 1600 KeV • para o de 104 c.c. selecionou-se energias de 150 a 3000 KeV.
SINAL DE ENERGIA ^ COINCIDÊNCIAS PICO DE TEMPO COINCIDÊNCIAS ACIDENTAIS SINAL DE ENERGIA
F1G, 7-CIRCUITO ELETRÔNICO UTILIZADO NA ÚLTIMA MEDIDA DE COINCIDÊNCIA Í-S.
19
Parte Rápida:
Na parte rápida os pulsos provenientes dos detectores vSo para os amplificadores de tempo com filtro ( T F O ) , cujas saídas entram nos discriminadores de fraçío constante ( C P D ) , com pulsos de saída negativos e rápidos
(cerca de 5 n s ) .
Rs saídas dos CFDs entram num conversor de tempo em amplitude de pulso ( T P H C ) , que transforma a diferença de tempo entre um pulso e outro em um pulso unipolar, cuja amplitude é proporcional a essa diferença.
Para se ter um atraso em um dos pulsos.que saem do CFD, a fim de que o TPHC possa perceber os dois pulsos num intervalo de tempo pequeno, foi colocado um cabo de aproximadamente 10 metros na saída do CFD 584 que atrasa cerca de 50 ns o pulso que dará o sinal de STOP no T P H C '
0 sinal* de 5TPRT é dado pelo detector de menor volume, por apresentar menor taxa de contagem, fazendo com que o tempo morto do TPHC seja o menor possível.
0 TPHC apresenta uma saída na qual o pulso já foi analisado por um analisador monocanal (5CP) interno, cujo sinal antes de ir para o módulo de coincidência universal é atrasado por um gerador de porta • atraso (GBTE PND DELPY GENERATOR) cerca de 3,5 p s . Esse sinal será levado ao 5INCBIP pelo conector J (janela) caso os pulsos lógicos dos dois TSCfl da parte lenta • do TPHC da parte rápida satisfaçam a condiçfo de coincidência, e se nenhum sinal de inibiçlo (1NH) chegar ao módulo de coincidência universal.
Os cinco pulsos que entram no módulo de coincidência devem estar sobrepostos no tempo. Como os TSCR disp&em de um cursor de atraso, podemos ajustar os pulsos dois a dois, verificando no osciloscópio de modo a garantir a sobreposição.
0 pulso da outra saída do TPHC é levado a outro TSCR onde ê selecionado por uma janela de largura igual a anterior, indo para outro módulo de coincidência universal, que fornecerá os espectros de coincidência acidental com eventos numa região afastada do pico do espectro de tempo.
Nesse outro módulo entram também os dois sinai-; de INH em anti-coincidência e os dois sinais de energia aos dois detetores. 0 sinal de saída desse módulo é levado ao 5INCBIP entrando pelo conector R (acidental), que será convertido pelo RDC gerando o espectro que chamamos de coincidências acidentais. P maneira como é feita a análise dos espectros está detalhada na seçSo II.5.
0 espectro de coincidências acidentais serve para corrigir o de coincidências totais, garantindo que se tenha subtraído deste estatisticamente contagens geradas por dois sinais ocasionalmente coincidentes, pois na distribuição total outras coincidências que nSo as provenientes dos gamas tm cascata também contribuem para a formação do pico do espectro de tempo.
D método para corrigir as coincidências acidentais consiste em obter coincidentemente, o espectro de energia de um detector com a energia selecionada no espectro do outro detector, tanto para' a regiío das coincidências verdadeiras mais acidentais (pico no espectro de tempo), como para apenas at acidentais, fazendo-se o desconto posteriormente.
21
O r e g i S o das c o i n c i d ê n c i a s a c i d e n t a i s é o b t i d a s e l e c i o n a n d o - s e uma j a n e l a de mesma l a r g u r a a d i r e i t a do p i c o no e s p e c t r o de tempo. Q f i g u r a 08 mostra como 6 f e i t a a e s c o l h a das j a n e l a s de c o i n c i d ê n c i a s t o t a i s ( r e a i s mais a c i d e n t a i s no tempo) e a c i d e n t a i s . 1400 1200 < ^ JOOO o
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200 ^ Tte-n r~ . T COINCIDÊNCIAS REAIS E - H ' ACIDENTAIS / COINCIDÊNCIAS ACIDENTAIS I 1 • * •+• • * •
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T E M P O (ne)
Figura 08 - Fiqura extraída da referência (VA-84), mostrando um espectro da diferença de tempo entre eventos detectados em 2 detectores, assinalando as regimes onde sSo geradas coincidências totais e acidentais.
0 espectro das coincidências acidentais ê obtido através de uma seleçío feita pelo módulo 5incBip, que permite a aquisiçSo em um mesmo espectro, com o dobro do número dt canais, sendo o de coincidências acidentais armazenado na metade superior do histograma multicanal.
Quando o sinal vindo da coincidência universal entra no SincBip pelo conector J a conversão é normal e a contagem 6 gravada na primeira metade do espectro. Quando o sinal entra pelo conector R, a contagem 6 registrada na segunda metade do espectro.
0 programa de aquisição de dados permite visualizar durante a aquisição o espectro da projeção total dos detectores, já descontadas as coincidências acidentais.
Po iniciar a aquisição sSo criadas duas regiões residentes na memória do computador correspondentes ao? espectros, e um arquivo no disco para registro. Nesse arquivo s3o escritos, para cada medida, a hora e a data de início e término das contagens, o nome do arquivo do espectro de cada regiSo transferida para o disco e o número de eventos em cada espectro. 0 programa pode ser usado em modo automático devendo-se fornecer o tempo desejado de medida, o número de 'runs", o tempo de espera entre o término de um "run* e o início de outro, o dispositivo onde serão armazenados os dados, e uma tríade de caracteres alfa-numéricos para as iniciais do nome dos arquivos a serem gravados no disco. Cada dado convertido pelo BDC durante o tempo de duração d? medida é enviado ao registrador de entrada CRMQC e adicionado diretamente ao histograma na memória do PDP 11/45 pela interface microprogramável MDB 11. Terminado o tempo de duração da medida, a leitura dos PDCs é interrompida pelos registradores de entrada e os espectros são transferidos da memória para os arquivos no disco.
II.5 - Bnalise das Coincidências Reais
0 procedimento para análise dos dado;, foi adotado levando-se em conta os eventos que pode* contribuir para a obtençXo dos espectros.
Na nedida de coincidência, podemos ter a formaçlo de espectros coa coincidências reais e acidentais, t preciso portanto construi1- 4 histogramas para se obter o número de
coincidências reais entre fotons provenientes de um dec ai men to.
Chamando-se de X o número do canal correspondente ao pulso fornecido pelo detector 1 ao ODC 1, Y o número co canal correspondente ao pulso fornecido pelo detector 2 ao ODC 2, e por T, o número que caracteriza a coincidência , sendo T=0 quando o evento originou->e de uma coincidência no pico do espectro de tempo, • igual a 1 se originou-se na janela de coincidências acidentais, teremos a cada evento, um terno TXY registrado.
Dessa forma pode-se escolher uma "fatia" no espectro de energia de um detector e verificar todas as coincidências com essa transição que foram detectadas pelo outro detector, com a possibilidade de eliminar as coincidências acidentais • fazer a correçlo Compton. R escolha da fatia é feita ajustando-se o pico em questSo e escolhcndo-se os canais através de um critério visual, onde levou-se em conta a maximizaclo do quociente érta do pico/erro da área. Uma forma de critério adotado para a
escolha das janelas em energia é descrito por (PP-67). R figura 09 mostra a forma como é escolhida uma janela para ser fatiada no último experimento de coincidência.
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Figura 09 - Escolha das janelas correpondentes ao pico de absorçto total de fôtons de 1377.6 KeV e a regito vizinha para correçlo Compton,
0 correçlo Compton se faz necessária quando mede-se as coincidências em energia entre uma transiçSo com o efeito Compton produzido por outros gamas de maior energia presentes na cascata. Um esquema de níveis hipotético com uma cascata e 3 níveis é mostrado na figura 10, onde Ey»> Ey»> Ey,. R coincidtncia líquida de gama 1 com gama 2 é a diferença da coincidtncia do fotopico com o efeito Compton
produzido por gama 3 C O M O fotopico gama 2. R correçlo se faz considerando-se uaa fatia adjacente ao fotopico que inclua a regilo do efeito Compton de gama 3. R largura da fatia deve ser igual a do fotopico de gana 1.
Flg.10 - Núcleo hipotético com 1
coscoto • 3 níveis
-Fazer u*a fatia significa construir um espectro das energias observadas pelo outro detector con todas as linhas que for am medidas em coincidência com essa região fatiada. Isto é feito pelo programa Fatias, desenvolvido por Cohenca(C0-83). Esse programa permite a criacSo de A
histogramas simultaneamente:
histograma 1 - Espectro do fotopico, inclusive as coincidfncias acidentais (total)-espectro R.
histograma 2 - Espectro de todas as coincidências acidentais no tempo - espectro B
histograma 3 - Espectro das coincidências totais de uma janela escolhida adjacente ao fotopico dt interesse para correçlo do
efeito Compton, incluindo as coincidências acidentais no tempo nessa regiSo-espectro C
histograma A - Espectro das coincidências acidentais no tempo da janela adjacente ao fotopico -espectro D
Portanto para obtermos o histograma das coincidências reais devemos fazer a diferença: espectro R - B que corresponde ao espectro de energia, descontado as acidentais no tempo, menos o espectro C-D que corresponde ao espectro devido ao efeito Compton, descontado as acidentais no tempo. Podemos farer (R-B) - (C-D) = (R + D ) - (B+C), o que facilita a análise, pois dessa forma consideramos o espectro (C-0) como um espectro de fundo para fins de cálculo da área do fotopico que ê feito pelo programa Idefix(6o-82).
C B P 1 T U L 0 I I I
RE5ULTRD05 EXPERIMENTAIS
111.1 - Espectros Simples
III.1.1 - Energia das TransiçSes
0 decaimento da fonte foi acompanhado através de 5 espectros de 6 horas mais 41 espectros de 2 horas, perfazendo um total de 112 horas de medida,tempo vivo, obtendo-se histogramas de 7800 canais. R primeira contagem foi iniciada cerca de 25 horas após o fim da irradiçSo. P fração de tempo morto nas contagens variou . de aproximadamente 901 na primeira contagem a 27 % na última. R radiaçSo de fundo foi medida durante 70 horas.
R fonte foi colocada inicialmente à cerca de 30 cm, do detector, sendo aproximada posteriormente, quando a intensidade da amostra decaiu a metade ' do seu valor inicial.
Um espectro-soma das 56 horas iniciais de contagens é mostrado na figura 13.
A calibraçfo de energia foi realizada utilizando-se como fontes de calibraçSo linhas do s* C o , *7Co e »*Co
grande faixa de energia, de 130 a 3550 KeV, e sSo obtidas juntamente com a reaçlo de interesse, conforme tabela 01.
Rs energias foram ajustadas pelo programa RJU, onde considerou-se o erro na variável y como uma composiçSo do erro na energia (fornecido por LO-83) e do erro das posiçffes dos picos ajustados em um espectro soma de 5 espectros de 6 horas mais 13 espectros de 2 horas, num total de 56 horas de contagens. R soma simples foi efetuada verificando-se que o passeio na posiçlo dos picos flutua em
torno de um valor médio para esses 18 espectros.
Os dados foram melhor ajustados para uma função do quarto grau, cujos parâmetros est3o listados na tabela 03.
Tabela 3 - Parâmetros ajustados da calibraçSo de energia para os espectros simples
a»
a
3a*
a*
a
e s s s s s 85.5350 t 0.26 x 10-= 0.482052 •. 0.23 x 10-* 0.446342 x 10-* i 0.19 x 10~7 0.665469 x 10-»® •_ 0.47 x 10-*» 0.370050 x 10-»* i 0.36 x 10-»* Grau Grau Grau 6r au ' Grau0
1
2
3
4
0f valores de energia obtidos com essa calibraçSo, bem como seus desvios psdrffes estlo relacionados ns tabela
04. Os valores dos desvios padrSes foram obtidos fazendo-se a propagação de erros para a função calibraçSo.
Com esses valores de energia verificamos todas as possíveis somas de 2 linhas intermediárias que correspondam a uma linha do esquema de decaimento (cross-over), considerando a energia de recuo do núcleo como sendo
E = - — y = 9.4 x IO"*9 E2 r 2mc
onde E e E,. estSo em unidades de KeV,
Nem todas as somas das energias em cascata mostraram-se de acordo com a energia da linha de decaimento direto, dando diferenças de 2 a 4 desvios padrSes, que devem ser devido a n3o linearidade do sistema detetor. Foi feita entío a análise da energia introduzindo as relações de cascata cross-over com vínculos, com o uso da técnica de minimização do y? com vínculos, com notação matricial
(MU-87).
P introdução das relaçSes de energia de cascata cross-over é importante para diminuir o valor final do desvio padrão, bem como os efeitos de erros sistemáticos.
Podemos escrever a função a)ustada para a energia
E » •» • aac • isc9 • »«c* • aBc*
na forma de uma matriz como
30
onde [ E ] é um vetor coluna cujos elementos slo as energias Ei; [R] é um vetor linha formado pelos parSmetros ajustados e [C^ é uma matriz das posições dos picos do tipo:
C1 C2 C3 •C19 C1* C2* C3* C1* C2* C3* C1* C2* C3« •C13* C19* C19«
R matriz de covariãncia das energias é dada por
N • t
c
/ M M - ••• M
onde [y„Jé a matriz de covariãncia dos parâmetros ajustados e 15 I é a matriz diagonal das variâncias das posições dos picos.
Os elementos delEJsão os mesmos valores de energia apresentados na segunda coluna da tabela 04, cujos desvios padrões sSo as raízes dos elementos da diagonal de [VEj.
R imposição das relações de vínculo cascata cross-over s3o dadas por:
MM •
I"]
Tclé uma matriz cuja coluna é do tipo:6«j • 1, G*j • 1 , G,.., > -1 e o restante zero quando temos o vínculo:
31 E„ • EN = EL , sem considerar a energia de recuo.
R é uma matriz coluna que contém as diferenças entre as energias de recuo. Qssim Rj é igual a :
0,537 « 10-« (£•',. . E=„ - E*N )
onde 0 ê a massa *t<rmica do nuclídeo, que no nosso caso é igual a 57. Rs energias devem ser consideradas em unidades de KeV.
Na construção da matriz 6 deve-se ter cuidado para n3o incluir vínculos redundantes, o que acarretaria combinações linearmente dependentes na montajem da matriz 6.
32
R mat riz(GJutilizada nesse cálculo é a que segue:
- 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 1 1
p
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 - 1 0 0 0 0 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 0 - 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 - 1 0 0 0 0 0 - 1 1 0 0 0 0 0 0 1 - 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 - 1 ( 1 2 7 . 2 ) ( 1 6 1 . 8 ) ( 3 7 9 . 9 ) ( 6 7 3 . 4 ) ( 9 0 6 . 7 ) ( 1 0 4 6 . 6 ) ( 1 2 2 3 . 9 ) ( 1 2 7 9 . 8 ) ( 1 3 5 0 . 5 ) ( 1 3 7 7 . 6 ) ( 1 6 0 3 . 3 ) ( 1 7 3 0 . 4 ) ( 1 7 5 7 . 6 ) ( 1 8 9 7 . 5 ) ( 1 9 1 9 . 5 ) ( 2 1 3 3 . 0 ) ( 2 7 3 0 . 9 ) ( 2 8 0 4 . 2 ) ( 3 1 7 7 . 3 )Q coluna ao lado de [G} indica a energia associada com cada linha de[GJ.
Foram introduzidos nessa análise os vínculos com 3 novas transiçVes observadas nas medidas de coincidência gama-gama.
O vetor lEr-Jdos novos valores de energia ajustados considerando-se t a i s vínculos é obtido fazendo-se:
onde [M] = [ V E ] - [ B ] [ D ] - * [ B ] ( m a t r i z de covariSncia de E» ) [D] . [6j* M [Bj
W • W W
0 vetor [Er.1 é o resultado da minimizaçSo de 0- - Í [ E . _ ] - [ E ] ) * [ V * E ] ( [ E / ) - [E]) • J ( [ G ] [ Er] - [ R ] > em relação aos elementos de £ErJ.
2
H soma residual dos quadrados ( Xj^ ) foi obtida fazendo-se:
correspondente ao número de graus de liberdade, que ê igual ao número de equações de vínculo utilizadas.
Para o nosso ajuste obtivemos X* = 36 para 7 graus de liberdade. Esse valor ruim pode ser devido a não linearidade do si tema distribuída por todo o espectro.
0 erro na energia recomendada ( o ) será considerado entSo como sendo o desvio padrão obtido na análise com vínculos ( ° ) multiplicado pela raiz do *2
A residual, (veja apêndice II)
o_e a_XJ » o.2,3
Esst procedimento torna o valor final do desvio padrío em alguns casos maior do que ot valores obtidos sem
considerar os vínculos ( °e ) . No entanto os valores
o assumem valores sempre inferiores a °e.(veja tabela 0 4 ) .
Os valores obtidos para as energias considerando-se as relações de cross-over estSo indicados na terceira coluna da tabela 04, onde a primeira coluna se refere a dados mais recentes da bibliografia e a segunda coluna aos valores ajustados sem considerar as relacSes de vínculos. 0 quarta e quinta coluna referem-se ao erro obtido considerando-se tais vínculos, sendo que a quinta coluna corresponde aos valores recomendados para os desvios padrdes, que sSo iguais aos valores da quarta coluna multiplicado pela raiz do X-' residual.
R matriz de correlação entre as energias ê apresentada na tabela 05, onde os valores s3o dados por:
Corr(a,b) = covariSncia (a,b) a • Jt>
Tabela 4 - Energia das linhas do decaimento do Ni.
Energia segundo (BH-86) (keV) 127.19(3) 161.8(3) 380.0(2) 673.4(2) 906.8(3) 1046.4(2) 1223.5(4) -1377.59(4) -1730.6(3) 1757.48(8) 1896.5(4) 1919.43(8) 2132.9(3) 2730.6(2) 2803.9(3) 3176.9(3)Energia calibrada com função de 49 grau E ( oE) (keV) 127.1641(12) 161.864(13) 379.925(9) 673.377(22) 906.748(54) 1046.650(25) 1223.941(21) 1279.809(72) 1350.472(220) 1377.593(16) 1603.331(215) 1730.444(25) 1757.596(21) 1897.482(26) 1919.515(21) 2133.037(22) 2730.910(19) 2804.206(13) 3177.288(24) Energia recomendada ER (keV) 127.1641 161.864 379.936 673.439 906.807 1046.676 1223.997 1279.903 1350.518 1377.628 1603.284 1730.444 1757.554 1897.421 1991.515 2133.037 2730.910 2804.196 3177.278 erro o(eV)
12
13
8
18
21
15
18
28
26
12
25
25
12
18
21
22
19
11
23
erro recomendado or (eV)27
29
18
41
47
34
41
63
59
27
56
56
27
41
47
50
43
25
52
cascata cross-over. A primeira linha e a primeira coluna indicam as
transições.
12? 142 MO S73m
H7 224 » 0 351 $7» 403m
754 1 »m
133m
w*
177 127 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 - 0 . 0 5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 U2 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00o.oc
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 330 1.00 0.00 0.04 -0.23 0.00 0.00 -0.32 -0.33 0,00 0.00 0.35* 0.01 0.00 0.00 0.00 0.0* 0.00 473 1.00 -0.44 0.02 -0.44 -0.31 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.53 0.00 0.00 0.00 0.04 0.04 ?07 1.00 0.2? -0.41 0.45 -0.01 0.0* 0.00 0.00o.n
-0.43 0.00 0.00 0.00o.so
-0.07 1047 1.00 0.02 -0.02 0.07 -0.51 0.00 0.00 -0.46 0.04 0.00 0.00 0.00 0.5? 0.00 1224 1.00 -0.2? 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.4? 0.00 0.00 0.00 0.04 0.04 1240 1,00 0.00 -0.01 0.00 0.00 -0.01 -0.54 0.00 0.00 0.00 -0.04 0.77 1351 1.00 0.10 0.?5 0.95 -0.11 0.00 0.00 0.00 0.00 -0.02 0.00 1378 1.00 0.00 0.00 0.77 0.(1 0.00 O.í'0 0.0rt 0.17 0.00 1403 1.00 1.00 0.00 C.00 0.00 f',00<.vx>
0.00 O.C.' 1730 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1754 1.00 0.02 0.00 0.00 O.COo.::
0.00 IÍ?Í 1.00 0.00 0.00 0.0) 0.07 0.04 1?20 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2133 1,00 0.00 0.00 0.00 2731 1.00 0.00 0.00 2404 1.00 0.01 w o» 3177 1.00Una análise detalhada da conveniência ou nSo da utilizaçSo das relações cascata cross-over na determinação precisa de energia ê feita no apêndice II.
III.1.2 - Identificaçio das transições gama.
R identificaçSo das linhas que compõem o espectro foi feita analisando-se todas as linhas cue poderiam ser decorrentes de fenômenos tais como:
1. Soma de dois gamas que foram emitidos em um intervalo de tempo menor que o tempo característico de coleçSo de cargas do detector, sendo identificados pelo detector como um único gama. Esse fenômeno ocorre normalmente com transições intensas, sendo necessário para
sua identificação a relaçlo entre as intensidades e a eficiência nas energias envolvidas.
Os picos-soma identificados no espectro utilizando-se o critério descrito no apêndice III sío:
636.2 * 511 • 127 , mostrado na figura 11 1688.6 = 511 • 1377
C l l l l
Figura 11 - Qjuste de um pico onde ocorreu soma dos fot 511 e 127 KeV.
2. Empilhamento: Ocorre quando dois fótons detectados com um intervalo de tempo menor do que sensibilidade do circuito para detecSo de empilhamento.
Um pico típico de empilhamento dos íót 1376 • 1758 6 mostrado na figura 12.
3 9 SSL 31MLM 1 —
31»
«
C N E R C I A 3132. B ik i V ) 31441 T T 31S6.M 1 — 31 O. tÊ i<w: 631174 * 1 3 4 FttM t 7.73 * 8.67 J ME* (2512.21 ±216.185 1.57347 * L4GB9 Stap/apLMre J&535E-fZ M»2 t LWtJ ML 6228. B _l_ J _ - L J _ JL 624*8 6268. i 6288.1 63ml 0 6328. B 63419 C A N A L 636LI 6380.8 6410. aF i g u r a 12 - R j u s t e de um p i c o onde o c o r r e u empilhamento dos f 6 t o n s 1 3 7 7 . 6 e 1 7 5 7 . 5 KeV, apesar da u t i l i z a ç i o de um c i r c u i t o com r e j e i ç ã o de e m p i l h a m e n t o .
R identificaçlo dos picos abaixo como sendo empilhamento foi feita segundo o critério descrito no apêndice IV. Os valores sío considerados em KeV.
249 254 632 638 1022 1889 2042 2047 2269 2431 2756 3136 = = = = = = = = = : = = 122 ^ 127 < 122 < 127 i 511 < 511 < 122 H 127 ^ 511 H 511 i 1378 -1758 i 127 • 127 • 511 511 i 511 • 1378 • 1320 • 1920 • 1758 • 1920 • 1378 i 1378
3- Í.LcJy)-§.L; Um fóton de energia maior que 1022 KeV
( 2 m0c2) pode criar um par eletron-p6sitrons. 0 positron após
ser formado é moderado por colisões com átomos até que esteja praticamente em repouso. Ele enta*o interage com um elétron que está também praticamente em repouso. Os duas partículas desaparecem e surgem dois fótons se movendo em direc&es opostas por conservação do momento,' cada um com uma tnergia de 511 KeV. Nesse processo o par é criado no campo do núcleo do material absorvedor do detector sendo a energia cinética dos dois membros do par dissipada no detector, de acordo com a relaçfo:
41
h-J = 1022 • E« • Er (kev)
Esses f6tons de aniquilação podem escapar do detector sem interações, e o resultado é que somente a
B+ 8~
energia cinética Ec e Ee é responsável pela formação de
um pico a mais no espectro com energia h^í - 1022 ( K e V ) . Tal efeito é chamado de escape duplo ou segundo escape, e 6 mais provável se a interação ocorre próximo a superfície do detector.
Pode ocorrer ainda que escape somente? um dos fótons de aniquilaçSo, enquanto o outro é totalmpnte absorvido, resultando na formação de outro pico no espectro, chamado de escape simples ou primeiro escape, com energia hv - 511 (KeV).
Rs energias e as áreas dos picos de escapes simples e duplos encontrados no espectro estão listados na tabela 06. Tal identificação foi feita considerando-se que todos os picos de escapes tiveram suas áreas comparadas com
9 área dos picos que lhes deram origem, sendo que a razão dessas áreas 6 da mesma ordem de grandeza para os picos situados numa mesma região de
energia-42
TQBELB 06 - Levantamento dos escapes simples e duplos.
Energia
(Kev)
1377.6
1757.5
1919.5
2598.4
2730.9
2804.2
3009.8
3177.4
3201.9
3253.4
3272.9
Area
(x10*)
153955(5)
959(1)
1960(2)
20.2(2)
3.3(1)
15.1(2)
0.74(9)
.1.61(6)
2.7(1)
7.3(1)
1.78(5)
Escapes Simples
Energi a
(Kev)
866.6
1246.5
1408.5
2087.2
2219.9
2293.1
2498.8
2666.3
2690.9
2742.4
2761.9
Area
(x10
3)
81(1)
59(8)
82(2)
2.0(3)
0.63(8)
2.3(3) .
0.16(6)
0.44(6)
0.77(9)
1.86(7)
0.6(2)
Escapes Duplos
Energia
(Kev)
355.6
735.3
897.5
1576.4
1708.9
1782.2
2155.4
2179.9
2231.4
2250.9
Area
(x10*)
169(1)
21(1)
71(1)
1.2(4)
0.3(2)
1.9(3)
0.33(7)
0.63(9)
1.3(2)
0.23(8)
4> Raio X: Se o detector durante a aquisição de dados é colocado próximo a materiais tipo blindagens, parede, outros equipamentos, etc. pode ocorrer a deteçSo de raio X característico de tais materiais que provêm de absorcffes fotoelétricas nos mesmos.
5. Retroespaihamento Pode ocorrer que um fóton proveniente da fonte atinja primeiramente o material ao
redor do detector sofrendo um espalhamento Compton. H energia máxima do íóton detetado é dada pela equação:
E . 4 H * h>L 1*2hv lm0cs Para hv >>> m0ca , temos 2 E = «ioC2 = 256 Kev 2
Ou seja podemos obter um pico de retroespalhamento a uma energia de 256 KeV ou menos.
No nosso experimento foi utilizada uma armadilha para fótons espalhados pela blindagem e retroespalhamento, nSo aparecendo no espectro picos com tais características.
R identificação das transições atribuídas, ao decaimento do B 7N i foram feitas por comparação da área das
linhas com a linha de 1377.6 KeV, tomando como referência as intensidades adotadas em (BU-86). Nas figuras 13 P,B e C observam-se todas as linhas devi -mente identificadas.
FIGURA 1 3 * - IDENTIFICAÇÃO COMPLETA OE UM ESPECTRO SOMA COM 50 HORAS DE CONTAGEM
4 8 5 . 5 8 8 5 . 5
E N E R G I A < k • V >
i
I
C O N T A G E N Sr r
i i 1 1 1 H I T — i i i m i f f / i i 11 i n f f — i i i 1 1 1 1 i f — q g
i
1360.2 {9 iCa)1
1408.5 (ESW9.5) 1460.8 (^K) 1504.8 (SOMA 127.2 + 1377,6) 1377.6 (»7Nfl 1561.8 (MN i ) H *»! 1730.6 (MN I ) 1771.4 (5«Co) -1782.2 (EO 2 8 0 4 . 2 ) 1888.6 (EMPILHAMENTO 511*1377.6) J 8 9 7 . 4 ( S 7N i) - 1757.6 (97NI) 1919.5 (97W) 1963.9(5*Co) 20».2(96Co) _ _ . . 2034.7( _ , • r - 2 0 4 2 (EMHLHAMENYO 122*1919.5» 2047 (EMPILHAMENTO 127*1919.5) 2087.4 (ES 2S98.4) 2 t 1 Z 9 (5 <C « ) 2132.9 (5 7N I ) 2155.3 (EO 3177) 2179.9 ( E 0 32O1.9) ^2213.1 <9*Co) 9 (ES 2730.9» 2231.4 (ED 3253.4) . 9 ( E D 3 2 7 2 . 9 ) 2268.5 (EMPILHAMENTO 511» 1757.6) 2293.1 (ES 2804.2) 2431 (EMPILHAMENTO 511*1919.5)I I l l l l l l I I I l l l l l l ' ' • ' Mill i i t m m i
S
g
(tfT — r
HUN I A V k N »r r r
T T T T T T T 1 1 I I I 11 IT JF I I I I I I IT w u m z m »o
hi X <ft
CO CU CD 10 2S98.9(**Co) 26144 ( * » U ) 2666.3 (ES 3176.9) 2690.9 (ES 3201.9) 2730.9 (*7MI) „ 2742.4 (ES3293.4) . 2 7 5 0^ | -? r| 7 |6| E M PlL . 1 3 7 8 * 1 3 7 6 l a p n e a 2804.2 ("Ni) 2940.9 (E8 3491.2) 3009.6 (SeCo) 3136 (EMPLHAMENTO1378+1378) 3297 (EMPHHAMENTO 1378 • 1919.8 3451.2 (MCo) 3546.2 <MC«) I M i l l 1 I I I " I I I I I I I I l l l l9fr
47
Duas das linhas descritas em tal referencia n3o foram possíveis observar em nossas medidas de espectroscopia simples: a linha de 252.5 e 628 KeV. Em nosso espectro o pico correspondente à linha 252.5 KeV se encontra sobre uma borda Compton pronunciada, estando também esta sob um pico de empilhamento 127 • 127 = 254 KeV (veja figura 14) numa regiSo do espectro totalmente inconveniente para qualquer tentativa de determinação de sua área. No entanto essa linha foi observada no experimento de coincidência gama gama, através do espectro obtido fazendo-se uma fatia na região do pico de 1757.5 KeV. 0 procedimento adotado está descrito na seção III.2.2.
EREtCIi (k.l) 2010 HLM M M 252.0 238.» M M 2MJI LSHBr—i 1 1 1 i-T 1 r* t,M«>' I I I I I I I. I„., I
MI SÍI
mi
M I M I M I M I M I M I M I M I
(«MALFigt.i . 14 - RegiSo onde ocorreram empilhamento dos fótons 122 KeV do »'Co e 127 KeV do »7N i resultando um
pico com energia 249 KeV» e 127 KeV com o próprio, resultando um pico com energia 254 KeV.
Foram ainda identificadas linhas do »*Co, s' C o . I**Co,?v*Ni e s eN i provenientes da amostra em estudo. P
identificação seguiu os mesmos critérios que os utilizados para as linhas do s' N i adotando como referência para as
intensidaHes dados da literatura (LE-78).
Todos os prováveis picos do espectro foram selecionados através de uma análise visual e com a ajuda de um programa que fornece a posição e irea de todos os picos do espectro.
Dentre os picos nSo identificados seis deles
poderiam ser devido ao decaimento do '-'Ni, se e n c a i o n d o energéticamente no esquema de níveis. Esses picos estão graficados nas figuras 15 e 16.
I l l l t l à <k«T> Mi M B SH.I s«.a - r
3
«•*>< «a» « i a fM • 1 8 OU». an .wa.» *tma B* • * * ' ' c t m l l l l t l l I k . » ) ma • i t « a *&a • i a • tiau •: • . « i i ( t a n !.•*«£*£ m i a i m ã raia m a nM.a» •
hMfãilff&S «ISJ nw i «.» «xt» . NU • iBft> • ua,» MB.IFigura 15 - Possíveis transições do decaimento do Ni
com energias 541.9, 1279.9 e 304.1 KeV
ob-servadas nesse trabalho pela primeira vez.
I M t C t à U * f > ia • • CAlftl t a t t t i a <».»> i i rm , <9 eus 4 Ntt • « ! • » oa«t < tann * .» MM MM MM » MM t i a á i M M M i l * • » • Mi.*
Figura 16 - Possíveis transições do decaimento do Ni
com energias 1350.5, 1279.9 e 1603.3 KeV
observadas nesse trabalho pela primeira vez.
m IM 1 * •• " ta i i i *M«i»ixaw t i a t «,« O L » . ••aia • oa«4 i i a m
nai a&t JUM uai M « I » * i nmi M M M M M M
51
Alguns picos apresenta* grandes desvios padrSes para as areas, indicando uaa pequena probabilidade de seres picos, C O M O é o caso do pico com energia de 1045 KeV. No entanto para afirmar se tais picos slo decorrentes do decaimento do " N i utilizaremos mais dois critérios verificar se a meia vida das linh«s é compatível coa a do núcleo pai, e se as aesaas apresenta» coincidências coa as
transições características do decaimento, (seçlo III.2.2). Foi feita uaa análise de todas as linhas conhecidas decorrentes do decaiaento do S 7N i , para analise
de aeia vida, tomando-se a razio entre a area de cada pico com a área do pico de 1377.6 KeV. Essa razSo foi obtida para 16 espectros de 6 horas cada, sendo 12 espectros referentes a primeira geometria, isto, ê, com a fonte mais afastada do detector e os 6 restantes referente a segunda geometria.
Rlgumas linhas (as mais intensas) apresentaram valores muito grandes para o xa• ° Qu e indica que o erro
considerado para tais áreas foi subestimado, que pode ter sido decorrente da forma de ajuste utilizada pelo programa que calcula a área (Idefix), nlo levando em conta erros sistemáticos que podem ocorrer por exemplo se alguma variaçfo na posiclo do pico de um espectro para outro, ou em
um mesmo espectro durante as contagens acontecer. Esse erro sistemático nlo ê detetável em picos de menor estatística, onde os erros estatísticos slo grandes.
No entanto, nlo houve nenhuma variaçlo sistemática de razio entre as áreas, o que garante que a meia vida de todas as linhas é • mesma. Rs meias vidas das possíveis transições associadas ao decaimento do *7Ni foram
