Alvos Triplos para Medidas de Momentos Magnéticos de Estados

Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, Vol. 10, a.!, 1991.
Alvos Triplos para Medidas de Momentos Magnéticos de Estados
Nucleares
N.H.Medina., R.V.Riba.s e J.C. de Abreu
Instituto de Física. - La.bordório Pelletron - C.P. 20516,01498 - S. Pa.u1o, Bra.si1
RESUMO:
r
.Prccenão de Lumor. (111"= i1 .B), é obaenada
indiretameme medindo-ae a rotaçio da distribuiçio
angular doI raios gama emiLidos no decaimento dos
eltadol nucleares. Atrans da medida da precCll&o
de Larmor e conhecendo-ae a intensidade do campo
magnético é poNÍnl extrair o valor do momento
magnético do elLado nuclear de intereue.
A técnica de alvo triplo exige espenuru bem deLerminadu du IUU camadu componentel.
A eape.lura da camada do ilÓtopo é escolhida num compromil.o entre a maximillll;io do número de íonl
presente. no al.,o e a minimi'lII;io da energia perdida pelo feixe e pelol íonl em recuo. A camada
ferromagnéLica deve ter uma espenura tal que o íon
possa atruClsá-la com velocidades luperiorel à velocidade de Bohr (';0). uma nl que o CMT é bem
descrito acima desta velocidade [IJ. A terceira camada deve apreaentar uma Clpenura suficiente para
!rear todol os núcleos em estudo e não deve prodllJir
nenhuma inLerllCjio residual.
AI espelluru
idcais
du camadu consüLuintel do alvo foram aümadu
com o au:o1io do programa STOPX [2), que calcula
a perda de energia dos íonl pesados de acordo com
u parametrilllCjÕClsemi-empíricu
de J.F.Ziegler [3J.
Foram preparadol alVOI triplos de hólmio e de
óxido de térbio evaporados IObr..e folhu de ferro"
para medidas de momentos magnéticol de estados nudeares nol ilótopol IIISH o e I"'Til. O alvo
de térbio foi obtido evaporando-ae óxido de Lérbio
(Tb203) aLravél de um .istema de bombardeamento
eletrônico, e o alvo de hólmio foi obtido através de
uma óxido-redllÇio de H0203 com sircônio em pó,
durante o procellO dc naporllCjio.
Foram obtidas elpelluru
de ~ O,5mg/cm2 de Tb2O3 e de
=:: I, 3mg/cm2 ,de 80. AI folhas de Cerro foram
laminadas até aUngirem as elpelluras convenientes
(=:: 2,5mg/cm2),
e lubmetidu
a um tratamento
Lérmico em vácuo a fim de recuperar IUU propriedadea magnéticas, atenuadas durante o procellO
de larninlll;io. Sobre as Colhas de ferro foi também
evaporada uma camada de prata (~ 4mg/cm2).
1
INTRODUÇÃO
Para ae medir momentos magnéticos de eaLados
nuclearel de meia vida curta (~ 1 ps) é utilisada a
técnica de alvo triplo [IJ, na qual núcleol excitados
através de interaçio coulombiana com fcixe de íonl
pesadol, recuam numa camada ferromagnéLicapolarilada, onde aentem a preaença do campo magnético
tr&nIÍente(CMT) [I). e lio totalmente freados numa
Lerceira camada não magnéUca. Durante o intervalo de tempo em qu'e eltão lujeiLol à lICjiodo
campo (~ 1 pI), 01 núcleol, com momento magnético
ji
=
g
Í,
Na técnica empregada é pOllível utililar, lem
grandel inconvenientel, alVOI cujo ÍlÓtopo de interesseCItá na forma de óxido, já que elememol como
os terras raras, cstio dilponíveil usualmente nelta
forma. Entretanto, há uma grande dificuldade na
preparaçio dCltel alvos poil tail óxidos em geral exigem temperaturas muito altas, mesmo em pressões
baixu.
O hólmio metálico, por exemplo, evapora
à temperatura de 770"C, sob prellão de 10-& Lorr
(10-4 Pa), enquanto que nio le conhece, de acordo
com a literatura pesquisada, a temperatura na qual
seu óxido (H0203) evapora, por ler muito alLL
Nelte Calo é necesário a reduçio do óxido, a fim
onde j é o momento angular do ea-
tado e g leU fator giromagnético, preceuionam em
torno da dileçio do campo. Esta precellio, chamada
65
~
Re\lsta Brasileira de Aplicações de Vácuo, Vol. 10, 0.2, 1991.
de prepuar o alvo e\"aporand~1e o elemen~o na lua
forma mdá.lica. Já o ~érbio mdálico Deceasi~a de
uma ~emperdura de 1240.C numa prellão de 10-4
torr (10-' Pa), enquan~o leu óxido evapora a apt~
ximadamen~e 1300.C neala melma prellão. Nea~e
cuo não há neceuidade de uma óxid~redução, pOli
li dificuldade pua a preparação do alvo é praticamente a melma tan~o ao Ie uUli,u o material na
forma metálica como na forma de óxido, por necelIHarem de temperaturu
próximu.
No intuito de Ie obter parâmehol otimiladOl para
a preparação doI ahol hiplol de Til e H °, foram
realiladol váriOl teatel com 01 óxido. H 0,03 e
Tb,03, utililand~le
o evaporador do Labora~ório
Pellehon.
Foram teltadol doia liltemu de e\"aporação: bombudeamento elehônico e pusagem de
corrente. Neatel doi. últemu foram alteradu u
potênciu utiliaadu, 01 intenalOl de e\"aporação e
de delcanao, u dieLânc:iu cadinh~folha, o reafriamento do aI.,o, u formal e elerpentOl conatituintea
doa cadinhOl, e 01 elemeniol uilliladOl pUlo óxid~
redução.
2
l
li
q
I
folhu foi .ubmetida a el~e procealo. lendo a temperatura elevada de SOO.Ca IIOO.Cem atmolfera de
hidrogênio numa preuão de 1 atm (100 ItPa).
PROCEDIMENTO
EXP ERIMENTAL
2.2
Seria aprelentadu
10leguir u váriu etapu realiladas com lucealo na preparação doa alvo. triploa
de hólmio e de óxido de térbio para a medida doI
momento8 magnéticOl de leUI eltado. nuclearea.
2.1 Laminação e
Folhas de Ferro
Recozimento
.
Figura 1 Delenho elquemático do liltema de rec~
limento
Evaporação
de Terras Raras
An~ea du evaporaçõc. das terras raru u lU'
perficiea du folhude
{erro {oram limpu ahavél
de um 'plasma glow' de argênio à tenlão de av,
utililand~le o evaporador do Laboratório Pellehon.
Piora le obter 01 alvo. de térbio foi utililada uma
campânula evacuada e o IÍILema de bom bardeamen~o
eletrônico. EI~e ai.~ema permitiu a disposição de
3 cadinho. de ~ân~alo (Ta) de 3 mm de profundidade, com 10 a 20 mg do óxido, para que não fone
necenário quebru o vácuo da campânula para Ie
colocu mal. material a ler evaporado.
Durante o
proce8SO de bombardeamen~o eletrônico focali,ou-,e
o feixe dire~amen~e .obre o ma~erial, numa po~ência
limitada em 80W, para evitar a evaporação do material do próprio cadinho. Inicialmente a potência
foi elevada 1010W durante algunl minutol para deguilicação do aia~ema, e a .eguir foram feitu 5 evaporaçõcl de cada cadinho a uma pregão de 10-6 torr
(10-4 Pa) durante 3 minuto. com in~ervalOl de 5
minuto. para relCriamenLo do lisLeme..
Na preparação do alvo de Do utiliaou-ae lircônio
em pó como me.~erial redu~or do óxido Ho,03'
A
redução e e.polLerior evaporação do hólmio na forma
me\álica, foi realisada em apenas uma etapa, lem
a neceuidade de abertura de. campânule. evacuada,
das
Em primeiro lugu algumu folhu de {erro natural de 10 mg / em', foram laminadu até u elpea.uru delejadu (~ 2,5 mg/em2), dderminadu
por
medidas de área e mURo Como u tenaõc. prov~
cadu pelo proce850 de laminação podem diminuir a
magne\ilao;ão de materiai8 {erromagnétic:08. u folhas
de {erro {oram aubmdidu
a um.procello de recolimento, à temperatura de IIOO.C e prellio de 10-6
torr (10-4 Pa) durante 1 hora. Elte procedime~o
foi realilado utililando um li8tema próprio pua recolimento, no Instituto de Peaquisas Energéticas
Nuc:learel-IPEN (vidc figura 1). Segundo a literatura peaquiaada [4J, para melhore. reaultadOl
quanto à reltauração du propriedade I magnéticu
du folhas, o reco.ime~o deve ler reali.ado em atmOlfera de hidrogênio. Aaaim. uma legunda leva de
66
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Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, Vai. 10~ 11.2, 1991.
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BOMBARDEJWEN1O
EUTRCNICO
MATERIf>J.E""PORADO
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CADINI«) DE ~ALO
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Figura 2 Desenho uquemático
Laboratório Penehon
do evaporador
3Z,O1 + 4Ho
Figura 3
Evaporação
da Camada
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==
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-I
4" ."
-Espedros
Canal
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Si
o
==
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-I
"0 ."
.
de r&ios gama emitidos no dec&imento doI estados excitados de 15I1Tbe 16&
H o,
populadol Tia interação cou\ombiana com feixes de
11Si (Er
66 MeV) e 160 (Er
42 MeV),
respedin.mente.
=
=
repetidas de 3 a 5 naporaçôcs de 1 minuto com intervalo. de 2 minutos, poi. roi verificado que a efici~ncia
de deposição do materie.l é maior qua.ndo são Ceitas
várias evaporações sucellivu ao invés de ser realisada num único processo.
A determinação das espessuras médias de todas as
ee.madas ne.poradas roi feita através du medidas das
áreas depositadu e das medidu, através de be.lançu
ane.lHicas, das diferenças du massas das folhu de
ferro e.ntes e depois du evaporaçôcl.
(1)
Neste processo Coram usados 2 cadinhos de Ta com
10 a 20 mg do óxido e 15 a 30 mg de sircônio em pó,
e o procello de evaporação anterior roi repetido.
Em e.mbo. o. C&SOS
roi uUlinde. a monte.gem da
figure. 2, onde e. Colba de Cerro roi fixada a aproximadamente 20 mm do cadinho, entre du&s placas
de cobre de 6 mm de espessura, apoiadu por uma
máscara de aço inox, a fim de se eviLe.rum acréscimo
mIlHo grude na tempere.tura da Colha.
2.3
III
,'"
uma vu que o ponto de Cuaio do sircônio metálico,
usim como o do seu óxido, é bem elevado: 1740°C
e 1500°C a 10-6 torr (10-4 Pa), respectivamente, e
portanto não há possibilidade de contaminlll;ão do
alvo com a evaporação do próprio redutor. O proeeaio de redução do óxido de hólmio, e a naporação
do hólmio meLálico, roi feito em cadinho de Ta numa
potência máxima de 80W, seguindo-se a proporção
da relação eltequiométrica abaixo.
2H0203 + 3Z,
f
-I
5 ,.J I Irl
do
O
3
Freadora
RESULTADOS
Fora.m prepe.rados 8 alvo. de óxido de térbio e 2
alvos de hólmio CujOI parâmehos encontram-se na
tabela 1. Sobre a superficie de hólmio roi evaporada
também uma fina camada de ouro a fim de le evite.r
a lua oxidação. Eltes alvos Coram colado. em lUportes de cobre e mantidos numa câme.ra de vácuo
em atmosfera de e.rgônio.
Foram Ceitos algunl testei com elLeI e.lvos para de.
Como camada úeadora, neceuária à técnica de
alvo triplo, Caieseolhidi. a praLe.nature.l, evaporada
te.mbém pela técnice.de bombe.rdeamento eletrônico
[5), sobre a superfície oposte. da Colhade Cerro. A
prata roi naporada utilisando-se cadinho de Ta,
submetido a uma potência máxima de 30W, e Coram
67
Tr'"
Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, Vol. 10, n.2, 1991.
Alvo
1
2
3
4
&
6
7
8
9
10
l.comcad4 2.comcad4 3.comcad4 .'comcad4
(mglcm2)
(llglcm2) (mglcm2) (mglcm2)
2.&8
&,&0
0.47
Tb2Oa+ Fc + Ag
0,43
2.51
(.42
Tb2O3 + Fe + Ag
2,68
(,&(
Tb2Oa+ Fe + Ag
0,36
2,20
(,37
Tb2O3+ Fe + Ag
0,48
0,46
2,73
4,19
Tb2O3+ Fe + Ag
2,&0
4,89
Tb2Oa+ Fe + Ag
0,43
0,42
2.38
3,8&
Tb2O3+ Fe + Ag
22
2.&0
5,92
Av + Tb2O3+ Fe + Ag
0,&2
54
2,44
3,45
Áv+Ho+Fe+Ag
1.36
48
2,57
3,41
Au+Ho+Fe+Ag
0,48
Elemen1o1
Reco.limento
em vácuo
em vácuo
em vácuo
em vácuo
em vácuo
a1m de H2
a1m de B2
a1m de B2
a1m de B2
alm de H2
Tabela 1: Tabela indicando u espeuuru du camadu consmuin1es dOI alVOl preparados para as medidas de
momen1os magné1icos de el~ado. nuc:learel, e o üpo de recoaimemo a que Coram submdidu
as Colhu de Cerro.
1errninar se as espeuuras das camadas de ilÓ1opol
eram sulicien1el para a med41a doI momen1O1
magné1icos dos es1ados nuc:leare~ de 159Tbe 161H O.
OS alvos Coram bombardeados com feixcs de 160
=
=
42 MeV) e 28Si (Er
66 MeV), e foram me(Er
didos 05 raios gama emHidOl no dec:aimen10 dos es1ados excitados por inter~ão coulombiana. Os resultados ob~idos MO moshados na figura 3, onde se pode
observar 01 vários es1ados POpuladOl nes1es núc:leos.
4
[4] Gallant, J.L. and Dmyhenko,
Meu". 200 (1982) 127
[5] Appoloni, C.R. PrepAraçÃo de Alvo" Apos~ila do
lFUSP (1974)
AGRADECIMENTOS
Os autores desejam agradecer ao ProC. Vicenüni do IQUSP por ter cedido vários óxidOl de terras raras para 1estes e preparação dos alVOl,e &01
Proc.. J. Mes1inik e R.Suena do IPEN por terem
cedido a aparelhagem para o recosimerdo das folhas
de ferro. Este habalho foi parcialmerde financiado
pela Fundação de Amparo t. Pesquisa do Es1adode
São Paulo (FAPESP) e pelo Conselho Nacional de
DesenvolvimentoCienUticoe Tecnológic:o(CNPq).
5 BIBLIOGRAFIA
[1] Bencser-Koller, N. dai.
SeI. :to (1980) 53.
P. Nucl. lut.
Ann. Rev. Nuel. Part.
[2] Milner, W.T. V"P~ NoUI (1987). comunicação
par1icular
[3) Ziegler,J.F., Biersaa, J.P. e LiUmark, U.L. Tlt.e
Stopping anã rAnge' ollou anMaUer,Pcrgamon
PrelS, 1985 v.I
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