Análise comparativa do efeito Compton com raios-γ e raios-x Cristine Kores e Jessica Niide Professora Elisabeth Yoshimura
Estrutura da apresentação Introdução ao Efeito Compton Objetivos Experimento com Raios-γ Experimento com Raios-X Resultados e análises Discussão dos resultados
O Efeito Compton O efeito Compton consiste no espalhamento de fótons pela sua interação com um material.
O Efeito Compton O efeito Compton consiste no espalhamento de fótons pela sua interação com um material.
O Efeito Compton O efeito Compton consiste no espalhamento de fótons pela sua interação com um material.
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.
O Efeito Compton A relação entre o ângulo de espalhamento e a energia do fóton espalhado é:
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
Objetivos Raios-γ e Raios-X
Objetivos Raios-γ e Raios-X
Objetivos Raios-γ e Raios-X Decaimento nuclear [1]
Objetivos Raios-γ e Raios-X Decaimento nuclear [1] Fótons de Bremmstrahlung Espectro característico
Experimento com Raios-γ Detector Cintilador [2]
Experimento com Raios-γ Montagem
Experimento com Raios-γ Montagem
Experimento com Raios-γ Montagem
Experimento com Raios-γ Montagem ajuste do ganho
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
Experimento com Raios-γ Calibração exemplo Césio Cs-137 8 7 6 5 Cs-137 4 3 2 1 5 1 15 Canal 2 25
Experimento com Raios-γ Calibração exemplo Césio Cs-137 Gauss Fit of Cs-137 8 7 6 5 Cs-137 4 3 2 1 5 1 15 Canal 2 25
Experimento com Raios-γ Calibração 7 65 6 55 Energia (kev) 5 45 4 35 3 25 1 12 14 16 18 Canal (u.a.) 2 22 24
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
Experimento com Raios-γ Ilustração da subtração dos espectros, a 6 25 25 com espalhador 2 2 15 15 Contagem Contagem sem espalhador 1 5 1 5 1 2 3 4 Energia 5 6 7 1 2 3 4 Energia 5 6 7
Experimento com Raios-γ 6 6 5 4 Contagem 3 2 1-1 -2-3 -1 1 2 3 4 Energia 5 6 7 8
Resultados com Raios-γ Espalhamento a 3 4 3 ajuste gaussiano 3 2 Contagem 1-1 -2-3 1 2 3 4 Energia (kev) 5 6 7
Resultados com Raios-γ Espalhamento a 45 4 45 ajuste gaussiano 3 2 Contagem 1-1 -2-3 1 2 3 4 Energia (kev) 5 6 7
Resultados com Raios-γ Espalhamento a 6 4 6 ajuste gausssiano 3 2 Contagem 1-1 -2-3 1 2 3 4 Energia (kev) 5 6 7
Resultados com Raios-γ Espalhamento a 75 4 75 ajuste gausssiano 3 2 Contagem 1-1 -2-3 1 2 3 4 Energia (kev) 5 6 7
Resultados com Raios-γ Espalhamento a 9 5 9 ajuste gaussiano 4 3 Contagem 2 1-1 -2 1 2 3 4 Energia (kev) 5 6 7
Experimento com Raios-X Montagem
Experimento com Raios-X Detector semicondutor
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
Experimento com Raios-X Calibração Observamos as linha de fluorescência do Cobre, Ferro, Chumbo e Zircônio Cobre Pico Kα 35 Ferro Pico Kα 12 3 1 25 Contagem Contagem 8 2 15 1 5 6 4 2-5 5 1 15 Canal 2 25 3 5 1 15 Canal 2 25 3
Experimento com Raios-X Calibração 12 5 Chumbo Pico Lα Pico Lβ 4 Zircônio Pico Kα 1 3 Contagem Contagem 8 2 1 6 4 2 5 1 15 Canal 2 25 3 5 1 15 Canal 2 25 3
Experimento com Raios-X Calibração
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
Experimento com Raios-X Espalhamento a 3 o 3 Ajuste gaussiano 5 4 Contagem 3 2 1-5 5 1 Energia (kev) 15 2 25
Experimento com Raios-X Espalhamento a 45 o 45 Ajuste gaussiano 8 7 6 5 Contagem 4 3 2 1-1 -5 5 1 Energia (kev) 15 2 25
Experimento com Raios-X Espalhamento a 6 o 6 Ajuste gaussiano 7 6 5 Contagem 4 3 2 1-1 -5 5 1 Energia (kev) 15 2 25
Experimento com Raios-X Espalhamento a 75 o 75 Ajuste gaussiano 3 25 2 Contagem 15 1 5-5 5 1 Energia (kev) 15 2 25
Experimento com Raios-X Espalhamento a 9 o 9 Ajuste gaussiano 7 6 5 4 Contagem 3 2 1-5 5 1 Energia (kev) 15 2 25
Experimento com Raios-X Espalhamento a 12 o 12 Ajuste gaussiano 35 3 25 2 Contagem 15 1 5-5 5 1 Energia (kev) 15 2 25
Experimento com Raios-X Espalhamento a 15 o 15 Ajuste gaussiano 4 35 3 25 Contagem 2 15 1 5-5 -5 5 1 Energia (kev) 15 2 25
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
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 17,42 3 17,476,6 45 17,33 45 17,329,27 6 17,21 6 17,291,29 75 17,7 75 17,8,4 9 16,92 9 16,965,29 12 16,64 12 16,69,4 15 16,45 15 16,37,5
Resultados e análises Valor teorico da energia Valor experimental da energia 17,4 energia (kev) 17,2 17, 16,8 16,6 16,4 16,2 4 6 8 1 ângulo ( ) 12 14
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] 45 477,7 4,7 [55 ; 65] [378 ; 426] 6 396,4 3,2 [7 ; 8] [32 ; 357] 75 327,8 2,3 [85 ; 95] [275 ; 33] 9 278 1,7
Resultados e análises Valor teorico da energia Valor experimental da energia 55 Energia (kev) 5 45 4 35 3 3 4 5 6 ângulo ( ) 7 8 9
Discussão Com os raios X, não há espectro de fundo Observa-se a emissão do ferro igual em todo espectro
Discussão Com os raios γ, observa-se que o nûmero de contagens depende do ângulo: ângulo contagem energia probabilidade de detecção
Referências Apostila de interação da radiação com a matéria (http://web.if.usp.br/ifusp/files/ Apostila_interacao_da_radiacao_com_a_materia_L.pdf) Manual do aparelho de raio-x (http://web.if.usp.br/labdid/sites/web.if.usp.br.labdid/files/ld _Instru_de_uso.pdf) [1]http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/nucene/fisfrag.html [2]http://en.wikipedia.org/wiki/File:Photomultipliertube.svg