ANÁLISE DE MATERIAIS MODIFICADOS POR ÍONS ENERGÉTICOS: ESTUDO DA RADIÓLISE DE MOLÉCULAS SÓLIDAS POR ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO

Abstract

This work aims to study of astrophysically meaningful interactions of energetic ion beams with condensed gases, by means of cosmic events simulation in the laboratory. As a typical case, special attention is driven to the analysis of physico- chemical effects produced in molecules containing hydrogen, carbon, oxygen, nitrogen in the solid phase, when irradiated by light ions such as H+ , He+ , N+ and by heavy ions as Xe+ , all with energies ranging from 1 to 90 MeV. This study is interdisciplinary, involving the areas of Materials Science, Chemistry, Molecular Physics, Physics of Collisions with fast ions in solids and Astrochemistry. Three experiments were carried out: N2O at 11 K, irradiated by 1.5 MeV 14 N+ ; C2H2 at 45 K, irradiated by 1.0 MeV H+ , 1.0 MeV He+ , 1.0 MeV N+ and 1.5 MeV N+ , all of them at the Van de Graaff accelerator laboratory (PUC-Rio), and N2O:CO2 (1:2), at 11 K, irradiated by 90 MeV 136 Xe23+ , on the IRRSUD line of the heavy ion accelerator at GANIL Laboratory (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds, Caen, France). The samples were analyzed using the Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR) technique for the identification of the precursor molecules and their products formed by irradiation, as well as the determination of the cross sections of compactation, destruction and formation of the products synthesized after radiolysis. Experimental outcomes support the statement that the value of electronic stopping power (Se) of the studied beams influences the synthesis rate of the products observed in the ice matrix. In addition, it was verified that the values obtained for the destruction cross sections followed a dependence of the type σ α Se 3/2 , which allows the prediction of the destruction cross section regardless of projectile specification and energy range.

Este trabalho visa estudar a interação de feixes de íons energéticos com gases condensados de interesse astrofísico através da simulação de eventos cósmicos em laboratório. Como caso típico, busca-se analisar os efeitos físico-químicos produzidos em moléculas contendo hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio, na fase sólida quando irradiadas por íons leves como H+ , He+ , N+ e por íons pesados como Xe, ambos com energias que variam de 1 a 90 MeV. Este estudo é interdisciplinar, envolvendo as áreas de Ciência de Materiais, Química, Física Molecular, Física das Colisões com íons rápidos em sólidos e Astroquímica. Foram realizados três experimentos: N2O a 11 K, irradiado por 1,5 MeV de 14 N+ , C2H2 a 45 K, irradiado por 1,0 MeV H+ , 1,0 MeV He+ e 1,0 e 1,5 MeV N+ , ambos no Laboratório do acelerador Van de Graaff da PUC-Rio e N2O:CO2 (1:2), a 11 K, irradiado por 90 MeV 136 Xe23+ , na linha IRRSUD do acelerador de íons pesados do Laboratório GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds, Caen, França). As amostras foram analisadas utilizando a técnica de Espectrometria de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) para a identificação das moléculas precursores e seus produtos formados pela irradiação, além da determinação das seções de choque de compactação, destruição e formação dos produtos sintetizados pela radiólise. Pode-se afirmar que o valor de stopping power eletrônico (Se), dos feixes estudados influencia a velocidade da síntese dos produtos observados na matriz de gelo. Além disso, verificou-se que o valores obtidos para as seções de choque de destruição apresentaram uma dependência do tipo σd α Se 3/2 , resultado este que permite a previsão da seção de choque de destruição para qualquer tipo de projétil e energia.