Análise comparativa do efeito Compton com raios-γ e raios-x. Cristine Kores e Jessica Niide Professora Elisabeth Yoshimura

Transcrição

1 Análise comparativa do efeito Compton com raios-γ e raios-x Cristine Kores e Jessica Niide Professora Elisabeth Yoshimura

2 Estrutura da apresentação Introdução ao Efeito Compton Objetivos Experimento com Raios-γ Experimento com Raios-X Resultados e análises Discussão dos resultados

3 O Efeito Compton O efeito Compton consiste no espalhamento de fótons pela sua interação com um material.

4 O Efeito Compton O efeito Compton consiste no espalhamento de fótons pela sua interação com um material.

5 O Efeito Compton O efeito Compton consiste no espalhamento de fótons pela sua interação com um material.

6 O Efeito Compton Fótons incidentes de comprimento de onda λ interagem com elétrons livres do alvo, cedendo parte da sua energia ao elétron. Os fótons reemitidos possuem comprimento de onda λ e são espalhados por um ângulo θ. A interação dos fótons é puramente com os elétrons do material.

7 O Efeito Compton A relação entre o ângulo de espalhamento e a energia do fóton espalhado é:

8 Objetivos Vamos analisar e comparar o efeito Compton com dois aparatos distintos. fótons incidentes de raios-γ e detector cintilador fótons incidentes de raios-x e detector semicondutor

9 Objetivos Raios-γ e Raios-X

10 Objetivos Raios-γ e Raios-X

11 Objetivos Raios-γ e Raios-X Decaimento nuclear [1]

12 Objetivos Raios-γ e Raios-X Decaimento nuclear [1] Fótons de Bremmstrahlung Espectro característico

13 Experimento com Raios-γ Detector Cintilador [2]

14 Experimento com Raios-γ Montagem

15 Experimento com Raios-γ Montagem

16 Experimento com Raios-γ Montagem

17 Experimento com Raios-γ Montagem ajuste do ganho

18 Experimento com Raios-γ Calibração com 4 picos de energias conhecidas ¹³⁷Cs : 662 kev ²²Na : 511 kev ¹³³Ba : 33 kev e 352keV Estimamos a incerteza considerando a distribuição de Poison para cada contagem

19 Experimento com Raios-γ Calibração exemplo Césio Cs Cs Canal 2 25

20 Experimento com Raios-γ Calibração exemplo Césio Cs-137 Gauss Fit of Cs Cs Canal 2 25

21 Experimento com Raios-γ Calibração Energia (kev) Canal (u.a.)

22 Experimento com Raios-γ Análise de dados Medidas realizadas para cada ângulo com e sem o espalhador Para observar apenas o pico Compton, retiramos o fundo da medida espalhada Ajuste gaussiano no pico espalhado

23 Experimento com Raios-γ Ilustração da subtração dos espectros, a com espalhador Contagem Contagem sem espalhador Energia Energia 5 6 7

24 Experimento com Raios-γ Contagem Energia

25 Resultados com Raios-γ Espalhamento a ajuste gaussiano 3 2 Contagem Energia (kev) 5 6 7

26 Resultados com Raios-γ Espalhamento a ajuste gaussiano 3 2 Contagem Energia (kev) 5 6 7

27 Resultados com Raios-γ Espalhamento a ajuste gausssiano 3 2 Contagem Energia (kev) 5 6 7

28 Resultados com Raios-γ Espalhamento a ajuste gausssiano 3 2 Contagem Energia (kev) 5 6 7

29 Resultados com Raios-γ Espalhamento a ajuste gaussiano 4 3 Contagem Energia (kev) 5 6 7

30 Experimento com Raios-X Montagem

31 Experimento com Raios-X Detector semicondutor

32 Experimento com Raios-X Calibração Utilizamos os picos Kα e Kβ do espectro de fluorescência de elementos conhecidos, e fazemos um ajuste gaussiano ao pico de emissão. Novamente consideraremos a distribuição de contagem como Poison

33 Experimento com Raios-X Calibração Observamos as linha de fluorescência do Cobre, Ferro, Chumbo e Zircônio Cobre Pico Kα 35 Ferro Pico Kα Contagem Contagem Canal Canal

34 Experimento com Raios-X Calibração 12 5 Chumbo Pico Lα Pico Lβ 4 Zircônio Pico Kα 1 3 Contagem Contagem Canal Canal

35 Experimento com Raios-X Calibração

36 Experimento com Raios-X A análise do deslocamento λ'- λ, foi feita a partir da posição da linha kα do Molibdênio, para diversos ângulos, inclusive maiores que 9

37 Experimento com Raios-X Espalhamento a 3 o 3 Ajuste gaussiano 5 4 Contagem Energia (kev)

38 Experimento com Raios-X Espalhamento a 45 o 45 Ajuste gaussiano Contagem Energia (kev)

39 Experimento com Raios-X Espalhamento a 6 o 6 Ajuste gaussiano Contagem Energia (kev)

40 Experimento com Raios-X Espalhamento a 75 o 75 Ajuste gaussiano Contagem Energia (kev)

41 Experimento com Raios-X Espalhamento a 9 o 9 Ajuste gaussiano Contagem Energia (kev)

42 Experimento com Raios-X Espalhamento a 12 o 12 Ajuste gaussiano Contagem Energia (kev)

43 Experimento com Raios-X Espalhamento a 15 o 15 Ajuste gaussiano Contagem Energia (kev)

44 Resultados e análises A partir da expressão de Compton para o comprimento de onda espalhado, obtemos a expressão para a energia dos fótons espalhados em função do ângulo 1 E '= 1 cos 1 2 E me c

45 Resultados e análises Valores teóricos e experimentais da energia do pico Kα do molibdênio para diversos ângulos de espalhamento Ângulo ( ) Energia valor teórico (kev) Ângulo ( ) Energia (kev) Incerteza (kev) experimental 3 17, ,476, , ,329, , ,291, , ,8,4 9 16, ,965, , ,69, , ,37,5

46 Resultados e análises Valor teorico da energia Valor experimental da energia 17,4 energia (kev) 17,2 17, 16,8 16,6 16,4 16, ângulo ( ) 12 14

47 Resultados e análises Valores teóricos e experimentais da energia de emissão do Cs-137 para diversos intervalos de ângulos de espalhamento intervalo do ângulo ( ) intervalo de energia teórico (kev) Ângulo ( ) valor experimental (kev) Incerteza (kev) [25 ; 35] [536 ; 59] 3 555,9 3,3 [4 ; 5] [453 ; 58] ,7 4,7 [55 ; 65] [378 ; 426] 6 396,4 3,2 [7 ; 8] [32 ; 357] ,8 2,3 [85 ; 95] [275 ; 33] ,7

48 Resultados e análises Valor teorico da energia Valor experimental da energia 55 Energia (kev) ângulo ( ) 7 8 9

49 Discussão Com os raios X, não há espectro de fundo Observa-se a emissão do ferro igual em todo espectro

50 Discussão Com os raios γ, observa-se que o nûmero de contagens depende do ângulo: ângulo contagem energia probabilidade de detecção

51 Referências Apostila de interação da radiação com a matéria ( Apostila_interacao_da_radiacao_com_a_materia_L.pdf) Manual do aparelho de raio-x ( _Instru_de_uso.pdf) [1] [2]