Medidas de seção de choque total de produção de raios X característicos da camada K induzidos por íons pesados

Abstract

As seções de choque de produção de raios X são fundamentais para espectroscopias que utilizam raios X característicos. O conhecimento prévio de tais seções de choque permite a caracterização elementar de alvos através da técnica PIXE (Particle-Induced X-ray Emission) que, em geral, utiliza prótons de alguns milhões de elétrons-volt. Seções de choque de produção de raios X induzidas por prótons são bem conhecidas e relativamente bem descritas por modelos teóricos. Em contrapartida, as seções de choque de produção de raios X induzidas por íons pesados são escassas e de difícil interpretação. A presente tese tem, como objetivo principal, medir as seções de choque de produção de raios X característicos de camada K induzidos por íons de cloro com energia entre 4 e 10 MeV. Para cobrir tal faixa de energia, íons de cloro com estado de carga 4+ e 5+ foram utilizados. Filmes finos de Ti, Cr, Ni e Zn foram depositados sobre carbono vítreo utilizando-se a técnica de sputtering. Apenas transições da camada K foram consideradas neste trabalho. Também foram medidas as taxas de produção de raios X auto induzidos do próprio cloro quando interage com um alvo grosso de carbono. Finalmente, uma medida recíproca foi realizada onde o íon incidente era o carbono e o alvo era o cloro na forma de cloreto de lítio No que diz respeito às seções de choque de produção de raios X característicos da camada K induzidas por íons de cloro, as seções de choque aumentam a medida que a energia dos íons de cloro aumenta. Além disso, uma comparação entre as seções de choque obtidas para os diferentes elementos mostra que as seções de choque diminuem à medida que o número atômico dos elementos aumenta. Em geral, a teoria ECPSSR subestima as seções de choque de produção de raios-X por algumas ordens de grandeza. No entanto, conforme o número atômico do alvo aumenta, a diferença entre esse modelo e os dados experimentais tendem a diminuir. O papel da captura eletrônica e possíveis mecanismos responsáveis por esses efeitos são discutidos. Para a auto-ionização do feixe de cloro quando interagem com um alvo grosso de carbono, os resultados indicam que a produção de raios X do projétil aumenta em função da energia do feixe para o intervalo de energia estudado. Os efeitos devidos ao estado da carga do projétil parecem ser de menor importância para baixas velocidades do íon. As razões de transição K/K do cloro obtidas a partir de cloro atuando como um projétil interagindo com um alvo de carbono são cerca da metade do valor quando comparadas com as razões K/K de cloro obtidas quando um alvo de LiCl é bombardeado com íons C+ e C3+ com energias enre 2 e 6 MeV. Possíveis mecanismos responsáveis por tal diferença são discutidos neste trabalho.

X-ray production cross sections are of utmost importance as far as X-ray spectrometry techniques are concerned. Techniques like PIXE (Particle-Induced X-ray Emission) benefit from these cross sections. Usually, PIXE makes use of MeV protons since X-ray production cross sections induced by protons have been extensively studied in the past. On the other hand, X-ray production cross sections induced by heavy ions are much less known and only a few ion-target combinations have been measured. The present work deals with the measurement of the X-ray production cross sections induced by chlorine ions interacting with thin Ti, Cr, Ni and Zn films deposited over vitreous carbon through sputtering. The experiments covered the energy range between 4 and 10 MeV. To that end, chlorine ions with charge states of 4+ and 5+ were employed in the experiments. Only K shell transitions were considered in the present study. Besides, chlorine self-induced X-ray yields were measured during the interaction of chlorine ions with a thick carbon target. Finally, a reciprocal measurement employing carbon ions interacting with lithium chloride was carried out as well The K shell X-ray production cross sections of Ti, Cr, Ni and Zn induced by chlorine ions increase as a function of the bombarding energy. Moreover, the cross sections decrease for increasing atomic number. In general, the ECPSSR theory underestimates the experimental cross sections by several orders of magnitude. However, the difference between the calculations and the experimental results tend to decrease as the atomic number increases. The role of the electronic capture and possible mechanisms behind this behaviour are discussed. Concerning the self-ionization of the chlorineions interacting with a thick carbon target, the results show that the X-ray yields increase as a function of the chlorine bombarding energy. The results appear to be not sensitive to the charge state of the chlorine ions. Finally, the K/K transition ratios of chlorine when chlorine acts as a projectile interacting with a carbon target are about half the values when compared with the reciprocal situation, namely when a lithium chloride target is bombarded with C+ e C3+ ions between 2 and 6 MeV. Possible mechanisms responsible for this difference are discussed.