Microssonda de protões

Abstract

Nesta tese descreve-se instrumentação electrónica projectada e construída com vista à aplicação da emissão de raios X induzidos por protões e outros iões leves à análise elementar, qualitativa e quantitativa, de camadas superficiais. Descrevem-se muito resumidamente os princípios físicos em que se baseia o método de análise, e o dispositivo experimental - acelerador de partículas e equipamento periférico - no qual se insere o sistema electrónico que constitui a parte fulcral deste trabalho. Num ou noutro ponto dá-se um pouco mais de espaço a essa descrição, para enquadramento da referência a diverso outro equipamento desenvolvido para melhorar, ou alargar, as possibilidades do dispositivo experimental previamente existente. Entre este equipamento destaca-se, em particular, um sistema de ressonância nuclear magnética que permite determinar com grande precisão a energia das partículas aceleradas, e um dispositivo de deflexão rápida do feixe que, minimizando a possibilidade de empilhamento de impulsos, permite a utilização de correntes de feixe relativamente elevadas. O sistema electrónico em que se centra esta tese pode ser considerado como tendo duas partes distintas: o subsistema que faz a análise em energia da radiação emitida pela amostra, e o subsistema que faz a sua análise espacial, determinando a zona da amostra em que a radiação teve origem. Tanto um como outro destes subsistemas são discutidos em pormenor, apresentando- se todos os esquemas dos circuitos utilizados e os programas residentes, cuja listagem completa se junta em apêndice. Quando relevante, discutem-se algumas das limitações do sistema desenvolvido e sugerem-se vias de melhoramento susceptíveis de serem exploradas em novos trabalhos. São apresentados resultados, obtidos com amostras-teste, que caracterizam comportamento do sistema quer no que se refere à resolução em energia de radiação detectada, quer no que se refere à sua resolução espacial. Finalmente, como exemplo de aplicação prática, apresentam-se resultados da análise de materiais geológicos, mostrando-se imagens elementares obtidas na irradiação de algumas rochas.

This thesis discusses electronic instrumentation designed and built with a specific application in mind, namely, the application of scanning induced X-ray emission (PIXE) to the qualitative and quantitative analysis of materials. The physical principles upon which PIXE is based are briefly rel,iewed v and a short description of the experimental arrangement - particle accelerator and peripheral equipment - where the instrumentation described in this thesis has been operating isgiven. This frames the rBport of a number of developments designed to improve, or expand, the capabilities of the main experimental setup. Among these developments an NMR magnetometer for the precise measurement of beam energy and a fast beam deflection system to prevent pile-up, are described in some detail. The core of this work is the electronic instrumentation, which may be thought of as consisting of two microprocessor-based subsystems: i) the subsystem for amplitude analysis, that determines the X-ray energies and ii) the subsystem devoted to spatial analysis, that determines the zone of the sample from where the radiation has been emitted. Both subsystems are discussed in detail; the schematics of the implemented hardware and a complete listing of the resident software are presented. Some of the limitations of the complete system in its present form are pointed out and a few suggestions for further work are made. Results on the energy and space resolution of the system are presented. As an example of a suitable application, results pertaining to the analysis of rocks are discussed and images of the elemental distributions in some of the samples are presented.