Produção de microfeixes de íons de MeV com o uso de microcapilares de vidro

Abstract

O emprego de um conjunto de lentes eletrostáticas ou magnéticas é uma maneira eficiente de se obter microfeixes iônicos altamente energéticos, mas sua construção é bastante dispendiosa. O confinamento mecânico de feixes de íons através de estruturas lineares se apresenta como segunda via em relação a essa técnica tradicional. Foram fabricados microcapilares cônicos de vidro com pontas entre 2 m e 118 m através de aquecimento e estiramento controlado. Experimentos de produção dos microfeixes com os microcapilares foram realizados no acelerador de íons 3 MV, do Laboratório de Implantação Iônica do IF-UFRGS. Utilizou-se feixes de H+ com energia entre 1 e 1,5 MeV e um goniômetro para testes de alinhamento e transmissão do feixe através dos microcapilares. Para cada capilar foi obtida uma posição bem definida de alinhamento. Em alguns casos observaram-se quedas bruscas do sinal ao variar o ângulo em 0,1° e em outros o alinhamento é perdido de forma gradativa. Os espectros de energia apresentaram FWHM entre 18 e 158 keV na condição de transmissão máxima. A dispersão angular variou entre 0,2° e 1,6°.A melhor colimação do feixe foi obtida com capilares de pontas com diâmetros intermediárias, entre 3 μm e 17 μm. Amostras de policarbonato foram irradiadas com microfeixes de H+ de 1 MeV e Au7+ de 18 MeV, produzidos através dos capilares de vidro. A fluência variou entre 1014 e 1016 íons/cm2. Diferentes padrões na forma das marcas feitas nos polímeros foram revelados: foram encontradas marcas circulares, marcações em forma de “c” e em formato alongado. O aumento da fluência de íons incidentes na amostra resulta no acréscimo do diâmetro da marcação produzida. Os perfis das marcações apresentaram FWHM ficou entre 38 e 90 μm e o grau de divergência do feixe está entre 0,15º e 0,20°. Estudos preliminares de visualização do microfeixe com uma câmera CCD também foram implementados.

The use of electrostatic or magnetic lenses is an efficient but expensive way to obtain microbeams of high energy ions. The mechanical confinement of ion beams through linear structures is an alternative way to produce microbeams. In this work, we have used tapered glass micro-capillaries with exit openings between 2 m and 118 m produced by controlled heating and stretching. Microbeams of heavy ions in the MeV energy range were produced at the 3 MV HVEE Tandetron accelerator at the Federal University of Rio Grande do Sul. The transmission and beam energy straggling of different microcapillaries inserted into a goniometer were measured using 1-1,5 MeV H+ beams. The best alignment condition was obtained inspecting the goniometer position which maximized the beam count at the initial energy and minimize broadening of the detected beam energy. For some capillaries there was only one position corresponding to a maximum transmission of the beam. In other cases, the alignment is lost gradually.The energy spectra in the maximum transmission condition had FWHM between 18 and 158 keV and the angular dispersion ranged between 0. 2° and 1. 6°. The best beam collimation was obtained with capillary tips with intermediate diameters between 3 μm e 17 μm. In order to evaluate the final beam, polycarbonate (PC) foils were exposed to different fluences (between 1014 e 1016 ions/cm2) of the produced microbeam (1 MeV H+ and 18 MeV Au7+). Markings were done on PC samples. In some cases the marks were not circular and appeared to be partially blocked. The increase of incident ions fluence in the sample results in the growth of the diameter of the produced markings. Profiles of the markings produced were evaluated. The FWHM was between 38 e 90 μm and the beam spread was between 0. 15° and 0. 20°. Experiments using a CCD camera to detect the microbeam were also performed.