Física Nuclear Aplicada para Modificação e Análise de
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Física Nuclear Aplicada para Modificação e Análise de
Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba Física Nuclear Aplicada para Modificação e Análise de Materiais Prof. Dr. Manfredo Harri Tabacniks Instituto de Física - USP M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 • Introdução • Íons e fótons na matéria • Análise de materiais com feixes iônicos • Implantação iônica • Aplicações M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 • Introdução • Íons e fótons na matéria • Análise de materiais com feixes iônicos • Implantação iônica • Aplicações M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 O homem sempre buscou a origem das coisas: Na Grécia antiga, Empédocles (~492 - 432 AC) classificou a matéria em quatro elementos: terra, água , ar e fogo Esses 4 elementos eram envoltos por: amor e ódio. O amor une os elementos. O ódio os separa. A mistura dos elementos cria todas as coisas. http://perso.club-internet.fr/molaire1/e_plan.html M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Os atomistas gregos Átomo = “a-tomos” = indivisível (Leucipo de Mileto). Matéria constituída de partículas em movimento perpétuo. Demócrito de Abdera (~460-370 AC) AS PARTÍCULAS ATÔMICAS • invisíveis (muito pequenas) • indivisíveis • sólidas (sem espaço vazio interno) • cercadas de espaço vazio (para se movimentar) • com infinitas formas (explica a multitude da Natureza) http://perso.club-internet.fr/molaire1/e_plan.html M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 No século 18, a chama dos materiais indicava a presença de elementos específicos. O maçarico (bico) de Bunsen (1811-1899) aperfeiçoou a espectroscopia de chama. Uma chama de cor fraca e muito quente, simples e fácil de usar. césio - Cs lítio - Li sódio - Na cobre - Cu M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 O espectrômetro de Bunsen-Kirchhoff amostra prisma espectro bico de bunsen http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Optics/Spectrometers/Bunsen_Spectrometer.JPG M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 A tabela periódica no tempo (1500AC - 2000) 11 elementos conhecidos em 1500 AC 34 elementos no final do Século 18 www.uniterra.de/rutherford 15 elementos no final do Século 17 82 elementos final do Século 19 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 A experiência de Rutherford (1909) Atirando alfas em finas folhas de ouro (0,086 µm) F folha de ouro muito fina http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/AtomicStructure/Rutherford-Model.html fonte colimada de partículas α ..mas algumas poucas (1:8000) ricocheteiam e retornam em direção à fonte . (Marsden e Geiger, 1909) É como se um tiro de canhão contra uma folha de jornal, retornasse. A maioria das partículas atravessa a folha, como se ela não existisse... M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 O modelo planetário (1911) O átomo de Bohr... M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Moseley (1887-1915) 1913 Espectroscopia de raios X “detector” cristal número atômico A O “mistério Z ≅ 2 da carga nuclear blindagem fonte de raios-X http://photos.aip.org/history/Thumbnails/moseley_henry_d9.jpg M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 • Introdução • Íons e fótons na matéria • Análise de materiais com feixes iônicos • Implantação iônica • Aplicações M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Feixe de fótons na matéria N − µ . ∆x =e N0 Eν = cte ∆x Feixe de íons na matéria N 0 = cte dE E ' = E0 − ∆x dx M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Feixe de fótons na matéria N − µ . ∆x =e N0 Eν = cte ∆x Feixe de íons na matéria N 0 = cte dE E ' = E0 − ∆x dx M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Feixe de fótons na matéria (Absorção e espalhamento) Espalhamento incoerente E = E0 − ∆E Efeito fotoelétrico I0(E) Raios-X característicos Elétrons Auger Foto-elétrons Espalhamento coerente Absorção µ = τ + σcoer + σincoer Adaptado de Jenkins, Gould & Gedke. Quantitative X-ray Spectrometry. Marcel Dekker, 1981: 26 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Feixe de fótons na matéria (Absorção e espalhamento) Efeito fotoelétrico, τ Espalhamento coerente ‘elástico’ µ Espalhamento incoerente ‘inelástico’ Espalhamento para Ex = 8046 eV (Cu-Kα) em carbono λ (A) = o 12.4 E(keV) Jenkins, Gould & Gedke. Quantitative X-ray Spectrometry. Marcel Dekker, 1981: 26 Esp.Incoerente Esp.Coerente Esp. Total Fotoelétrico Total cm2/g 0,133 0,231 0,364 4,15 4,51 fração 0,029 0,051 0,081 0,919 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Feixe de fótons na matéria (Absorção e espalhamento) Espalhamento para Ex = 8046 eV (Cu-Kα) em carbono λ (A) = o 12.4 E(keV) Jenkins, Gould & Gedke. Quantitative X-ray Spectrometry. Marcel Dekker, 1981: 26 Esp.Incoerente Esp.Coerente Esp. Total Fotoelétrico Total cm2/g 0,133 0,231 0,364 4,15 4,51 fração 0,029 0,051 0,081 0,919 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Qual a energia transferida ? Qual a probabilidade do evento ? M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Feixe de fótons na matéria (Absorção e espalhamento) Efeito fotoelétrico ~ absorção total Espalhamento inelástico (Efeito Compton) λ λ' θ ∆λ = I ( x) = I 0 e − µ . x h (1 − cos θ ) m0c ( ) 1 + 4ε sen 1 / 2θ ' ) (1 + cos θ ')(1 + 2ε sen 2 2 dσ c 1 / 2 r0 1 + cos θ ' = 2 dΩ 1 + 2ε sen 2 1 / 2θ ' ( 2 4 2 2 1 / 2θ ' ) Fórmula de Klein-Nishina (1929) Espalhamento elástico E = hν = cte e4 σ0 = 6πε 02 m 2 c 4 Fração da radiação incidente espalhada por um único elétron. (Espalhamento de Thompson) Leighton: 422, 428, 433 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Absorção total I ( x) = I 0e − µ .x Absorção de Raios-X Lei de Beer µ (λ ) = a λ3 + b Coeficiente de absorção de massa µ σf = ρN 0 / A Seção de choque σ f ≅ C0 K Z 4 λ3 + B 12.4 C0 K Z 4 σf ≅ +B E x4 C0 K = 2.25m −1 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, Leighton: 14/03/2008 422 Feixe de fótons na matéria N − µ . ∆x =e N0 Eν = cte ∆x Feixe de íons na matéria N 0 = cte dE E ' = E0 − ∆x dx M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Principais processos de freamento... RADIAÇÃO DE FREAMENTO ELÉTRON SECUNDÁRIO Ee>100eV TRAÇO SECUNDÁRIO Ep< 5keV COLUNA IONIZADA TRAÇO PRIMÁRIO TRAÇO SECUNDÁRIO Ep>5000eV ~2 nm “Bolha” de elétrons secundários 10-100eV Par e-íon E* ~30eV PROJÉTIL IÔNICO ÁTOMO de RECUO Adaptado de Choppin, Liljenzin e Rydberg, Radiochemistry and Nuclear Chemistry, 2002. M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Carga efetiva (e- não conseguem acompanhar o íon) prótons Nastasi et al., 1996 Adaptado de Ziegler, 1980 250 keV (β ≡ v/c = 0,023) 1 1 e2 Es = M Z 2 4πε 0 h 2 ≈ 0,025 AZ 2 MeV Íon neutro: vp = vK Energia de Bohr da camada S M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Poder de freamento (stopping power) Feixe iônico e nc ca Al Elétrons secundários superfície Freamento Eletrônico E > 1 MeV/u R Freamento Eletrônico Freamento Nuclear Freamento Nuclear E ~ keV/u A. Delgado, IFUSP M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Freamento eletrônico 1MeV/u dE dx β = 0,05 10 keV/u β = 0,01 Andersen-Ziegler dE 4π e 4 Z14 / 3 Z 2e 4 2 v 2 m − = (0,92) ln v . v0 m dx e I 300 eV/u Lindhard, Scharff e Schiöt (LSS) k ≡ k L = Z11/ 6 v ≈ v 0 .Z 22 / 3 − dε = kε 1/ 2 dρ e Bethe-Bloch 0.0793Z Z ( M 1 + M 2 ) ( Z12 / 3 + Z ) M 13 / 2 M 21/ 2 1/ 2 1 1/ 2 2 2 / 3 3/ 4 2 β = 0,1 3/ 2 v >>v0.Z2 E dE Z12 ln − ∝ dx e ( E / M 1Z 2 ) M 1Z 2 E M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Freamento nuclear Bethe-Bloch (m→M) v < v0 0,2 MeV/u 4πZ12 N Z 22 e 4 2 Mv 2 dE ln − = 2 dx n M 2v I dE / dx n dE / dx e ≈ mZ 2 1 ≅ M 2 3600 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Intensidade do freamento de íons na matéria (na prática) TRIM Programa de simulação Monte Carlo para amostra complexas e multicamada SR Programa ‘rápido’ para cálculo de S e R usando polinômios ZBL SRIM www.srim.org Polinômios ZBL 602,22 1 1 + S (E) = An S L S H −1 Ziegler, J.F., Biersack, JP., Littmark, U. The Stopping and Range of Ions in Solids. Vol. 1. Pergamon, NY, 1985. S L = a.E b + c.E d e g S H = f ln + h.E E E [ S ] = keV / mg / cm 2 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 • Introdução • Íons e fótons na matéria • Análise de materiais com feixes iônicos • Implantação iônica • Aplicações M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Principais processos de freamento... RADIAÇÃO DE FREAMENTO ELÉTRON SECUNDÁRIO Ee>100eV TRAÇO SECUNDÁRIO Ep< 5keV COLUNA IONIZADA TRAÇO PRIMÁRIO TRAÇO SECUNDÁRIO Ep>5000eV ~2 nm “Bolha” de elétrons secundários 10-100eV Par e-íon E* ~30eV PROJÉTIL IÔNICO ÁTOMO de RECUO Adaptado de Choppin, Liljenzin e Rydberg, Radiochemistry and Nuclear Chemistry, 2002. M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 ... e seu uso na análise de materiais RADIAÇÃO RADIAÇÃODE DEFREAMENTO FREAMENTO ELÉTRON SECUNDÁRIO Ee>100eV TRAÇO SECUNDÁRIO Ep< 5keV TRAÇO SECUNDÁRIO Ep>5000eV PIXE COLUNA IONIZADA TRAÇO PRIMÁRIO ~2 nm “Bolha” de elétrons secundários 10-100eV RBS Par e-íon E* ~30eV PROJÉTIL IÔNICO ÁTOMO de RECUO FRS Adaptado de Choppin, Liljenzin e Rydberg, Radiochemistry and Nuclear Chemistry, 2002. M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Os raios-x e a Lei de Moseley M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Um espectro de raios-X “real” . Canal M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 PIXE - Análise elementar de uma amostra de soro sanguíneo padrão interno S Bernardes, Dissertação de mestrado, IFUSP, maio 2007 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Espalhamento elástico Fator cinemático ( E1, Z1, M1 M − M1 1 − x = 2 = 1 + x M 2 + M1 2 K 180 M ) 1/ 2 2 E1 1 − (M 1 M 2 ) ⋅ sen 2θ + (M 1 M 2 ) ⋅ cosθ K1 ≡ = Eo 1 + (M 1 M 2 ) θ 2 2 4 M 1M 2 E2180 =Eo − E1180 = Eo 2 (M1 + M 2 ) E0, Z1, M1 E2, Z2, M2 Seção de choque no CM Z1 ⋅ Z 2 ⋅ e 2 dσ 1 (E , θ ) = 4 dΩ 4 ⋅ Ec ⋅ sen (θ 2) 2 Seção de choque no laboratório 2 Z1 ⋅ Z 2 ⋅ e 2 4 dσ (E , θ ) = 4 dΩ 4 E ⋅ ⋅ sen θ 1 2 2 M 1 1 sen θ cos θ − + M 2 M1 senθ 1 − M 2 2 1 2 2 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Um espectro RBS didático (feixe α com 2,4MeV) Y (#/µC/msr/keV) SiO2 E 1/E2 θ KEo E1 C t ∆EO = [S ]O .t Eo meio ∆ESi ∆E Si = [S ]Si .t meio ∆EO HSi C O substrato Energia E1(C) KOEo E1(O) HO E1(C) = KCEo - [S].t Si E1(Si) KSiEo E1(O) = KOEo - [S].t Eo E1(Si) = KSiEo - [S].t M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Análise de materiais com feixes iônicos luz (IBL) elétrons secundários amostra elétrons secundários Feixe incidente íons espalhados Feixe transmitido (MeV/u.m.a.) íons retro-espalhados (RBS) raios X (PIXE) núcleos de recuo (FRS) <10µm raios γ (PIGE) M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Tecnicas analíticas Eo M E o RBS M M E' Rutherford Backscattering Spectrometry M Elastic Recoil Detection Analysis H+ + H PIXE ERDA X ray Particle Induced X ray Emission γ ray PIGE Particle Induced Gamma ray Emission M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 PIXE: Resumo Gráfico: Calibração e Limites de Detecção Rendimento efetivo PIXE e RBS PIXE-SP: K α rendimento efetivo (cm²/µC/ng) 10 Detector de alta energia 1 0.1 Detector de baixa energia 0.01 10 20 30 40 50 Número atômico Limites de Detecção Discriminação de elementos vizinhos M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Métodos de feixe iônico RBS + ERDA + PIXE • Alta sensibilidade: < 1014 Au/cm2 • Toda a tabela periódica • PIXE calibrado com padrões • RBS é absoluto: não necessita calibração • Perfil em profundidade ( ∆x ~ 100Å) • Sensível à topografia (rugosidade) • Rápido: 10-20 min • Feixe externo para amostras especiais M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 • Introdução • Íons e fótons na matéria • Análise de materiais com feixes iônicos • Implantação iônica • Aplicações M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Formação do Rasto Nuclear (e sua corrosão) Freamento Eletrônico superfície Feixe iônico “Track Core” “Track Halo” Após Corrosão Implantação dos íons Deslocamento de átomos da rede E > 1 MeV/u R Quebras Moleculares Recombinação dos radicais Liberação de gases e nc ca Al Elétrons secundários Freamento Freamento Nuclear Eletrônico D Freamento Nuclear E ~ keV/u A. Delgado, IFUSP M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Danos gerados em polímeros • Quebra das cadeias (“scissioning”) – Redução do peso molecular; – Aumento do volume interno livre; – Formação de radicais; • Recombinação – Reticulação (“cross – linking”, “end-linking”); – Formação de ligações duplas; “Scissioning” Produtos gerados • Atmosfera de Oxigênio: oxidação • Frequentemente: – Vinis; – Álcoois; – Ácidos carboxílicos; • Em alguns casos: – Ligações triplas; – Sistemas policíclicos; – Fulerenos; “Cross Linking” A. Delgado, IFUSP M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 • Introdução • Íons e fótons na matéria • Análise de materiais com feixes iônicos • Implantação iônica (Aceleradores) • Aplicações M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Um acelerador eletrostático •Fonte de íons (ou de elétrons) •Fonte de alta tensão (VDG ou Crockroft Walton) • Estrutura em vácuo para transporte do feixe (íons ou elétrons) gerador (VDG ou CW) R R R R R R R R R R V K = V.q E fonte de íons 0V tubo acelerador gás isolante vácuo M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Acelerador eletrostático www.pelletron.com Acelerador Pelletron tipo tandem com stripper gasoso M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Laboratório para Análise de Materiais com Feixes Iônicos - LAMFI Console Acelerador Fontes de íons M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Laboratório para Análise de Materiais com Feixes Iônicos - LAMFI Câmara para análises PIXE Câmara para análises RBS M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 AGLAE - Accélerateur Grand Louvre d'Analyse Elémentaire M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 • Introdução • Íons e fótons na matéria • Análise de materiais com feixes iônicos • Implantação iônica • Aplicações (Novos materiais) M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Implantação de íons É introdução “à força” de elementos químicos num material hospedeiro • Permite misturas sólidas fora do equilíbrio químico; • Usado desde 1970 na indústria de semicondutores; • Controle preciso de dose e profundidade do átomo implantado; • Método promissor para biocompatibilização de materiais • Nanotecnologia Difusão química: Máximo na Superfície Implantação Iônica: Não há limites de quanto nem onde... M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 CR39 – Corrosão Química de Poros Implantados Adriana Delgado, IFUSP 10 min 20 min 40 min 60 min M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Implantação Iônica: Aplicações (Conservação de alimentos) Filme plástico comum. Estanque Polímero com microporos (implantados e corrídos) recobertos com TiO2 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Implantação Iônica: Aplicações (Novos dispositivos eletrônicos) Nano fios cruzados (+30° e -30 °) T. Berthelot et al, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 265 (2007) 320–324. M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Implantação Iônica Superfície dura de TiN criada via implantação iônica em plasma de nitrogênio. Titânio não tratado Titânio implantado com Ca Aceleração de biocompatibilidade Hanawa, 1999 Soluções sólidas além do equilíbrio precipitam... Quantum Dots Au ~MeV http://www.ornl.gov/info calor Si ttp://www.rsc.org/chemistryworld/News/2005 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Micro e nano feixes F. Watt et al., NIM B210, 2003, pp 14-20 Proton beam writing - Ion Beam Lithography PMMA - polimetil metacrilato Geoff Grime, ICTP, Miramare-Trieste, 17 March 2006 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Proton Beam Writing (escrevendo com prótons) MEMS MicroElectroMechanical Systems Matriz quadrada com 1µm e paredes com 60 nm Geoff Grime, ICTP, Miramare-Trieste, 17 March 2006 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 MEMS (micro-electro-mechanical systems) Acionador de microespelhos Micro indutor [email protected] a pinça Nano-pinça http://www.sfu.ca/immr/pmp/images 25 nm Micro-motor Sandia Labs. 1 200 000 rpm http://www.nanopicoftheday.org/images/nanotweezer.jpg M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Aceleradores de elétrons 1,5MeV - 40 a 100kW 1kGy = 1J/g Calvo, W.A.P Workshop Sobre Estratégias para o Controle de Alimentos Irradiados – ANVISA, 15-16/agosto/2002 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Irradiação com elétrons e raios gama • • • • • • • • • Irradiação de polímeros para reação de reticulação “crosslinking” Tratamento de efluentes (plata piloto 3 m3/h) Esterilização de produtos biomédicos Cura de madeiras e lâminas por radiação Indução de cor em pedras preciosas Modificação de tiristores Desinfestação de obras de arte e livros Desinfestação de flores Preservação de alimentos IPEN - Centro Tecnológico das Radiações Adaptado de Calvo, W.A.P Workshop Sobre Estratégias para o Controle de Alimentos Irradiados – ANVISA, 15-16/agosto/2002 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 • Introdução • Íons e fótons na matéria • Análise de materiais com feixes iônicos • Implantação iônica • Aplicações Médicas M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Próton-Terapia (tratamento de câncer) Loma Linda University Medical Center (EUA) 1-800 PROTON Hospital Loma Linda Síncrotron 40-250 MeV Linha de feixe fixa Saída da linha de feixe móvel Feixe de prótons modulado Dose 10 MeV X-rays Feixe de prótons Profundidade no tecido Schulte, XXIV RTFNB, 2001 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 • Introdução • Íons e fótons na matéria • Análise de materiais com feixes iônicos • Implantação iônica • Aplicações: Análise de materiais M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 O “carro laboratório” da Mars Pathfinder em Marte (1997) Espectro de raios-X do solo de Marte detector de prótons e alfas Análise RBS e PIXE do solo marciano 242Cm detector de raios X JPL, 2005 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Etapas de fabricação de um circuito integrado http://www.cbpf.br/~labmag/MinicursoNano/litografia_cbpf_dia1_2006.pdf M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Cabeça magnética gravador/sensor (tipo spin-valve) elemento gravador indutivo espiras de cobre contatos blindagem do sensor 50Å Ta 100Å FeMn 50Å NiFe 22Å Cu 75Å NiFe 50Å Ta substrato sensor spin valve Estrutura totalmente determinada através dos métodos PIXE e RBS IBM-ARC 1995 http://mirror.href.com/thestarman/asm/mbr/cuhds.gif M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Espectro PIXE de um estrutura multicamada tipo spin-valve Espectro RBS de um estrutura multicamada tipo spin-valve M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Análise de soro sanguíneo por PIXE e ICP-MS 1E+07 In this Work Literature 1E+06 Concentration (ppb) 1E+05 1E+04 1E+03 1E+02 1E+01 1E+00 1E-01 22 elementos 9 ordens de grandeza 1E-02 1E-03 1E-04 Be Al P S Cl K Ca V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Se Br Mo Cd Sn Tl Pb Mediana dos valores de composição elementar (n = 30) em soro sanguíneo comparado com valores na literatura. As barras indicam 1 desvio padrão nas medidas e o intervalo min-max nos dados de literatura. S Bernardes, Dissertação de mestrado, IFUSP, maio 2007 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Micro e nano feixes Comparado com elétrons, o maior poder de penetração de feixes iônicos e sua menor dispersão permite análises com maior resolução espacial. Feixes MeV ~ 100 nm Feixes de íon único! ~10 nm Feixes keV ~10 nm UFRGS (2007) está instalando um microfeixe... microanálise elementar de uma pupa de formiga Geoff Grime, ICTP, Miramare-Trieste, 17 March 2006 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Conclusão M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Pesquisa Básica em Física Nuclear Aceleradores em pesquisa básica e aplicada Análise de materiais Próton terapia Micromecânica Isolantes Radiofármacos Semicondutores Radio terapia Modificação de polímeros (elétrons) 1930 Amaldi, U. Europhysics News, (2000) 31-6 M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 A evolução da tecnologia de análise com feixes iônicos m r eno m e m , a a ss n ta r o m anh o 1 átomo (Brasil) M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Agradecimentos e equipe IFUSP Profa. Dra. Márcia A. Rizzutto Prof. Dr. Nemitala Added Dr. Marcel L.D. Barbosa (e equipe do LAMFI) Os estudantes do GFAA À UNESP, Profa. Dra Elidiane Rangel, pelo convite e oportunidade... ...e muitos outros M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008 Grato pela sua atenção Manfredo [email protected] M. H. Tabacniks, Pós Graduação em Ciência dos Materiais UNESP - Sorocaba, 14/03/2008
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