[pt] No Sistema Solar e em regiões densas do meio interestelar, mantos de gelo constituídos de moléculas pequenas estão expostos à irradiação de partículas ionizantes: fótons, elétrons e íons. A interação entre partículas energéticas e os mantos induzem uma série de processos físicos e químicos no gelo como: reações químicas, mudanças de fase e dessorção de moléculas. Os efeitos da irradiação provocados por fótons e íons leves como prótons e partículas alfas vêm sendo estudados há mais de 10 anos. Porém, experimentos envolvendo a irradiação com íons pesados e rápidos são escarsos na literatura. Apesar dos íons leves serem mais abundantes no espaco, a alta taxa de ionização e o alto rendimento de dessorção induzidos pelos íons pesados podem compensar sua menor abundância. Este trabalho consiste em estudar os efeitos da irradiação de gelos astrofísicos por íons pesados e rápidos, em projeto de colaboração entre as instituições PUC-Rio e CIMAP-GANIL. Os experimentos foram realizados nas linhas de baixa e média energia do acelerador GANIL, utilizando íons de Ni com 46 MeV e 537 MeV de energia cinética. Os gelos foram analisados utilizando a técnica de espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Os quatro gelos irradiados foram: H2O, CO, CO2 e H2O:NH3:CO. As grandezas analisadas foram as seções de choque de destruição destas moléculas, as seções de choque de formação de novas espécies moleculares formadas nos gelos e os rendimentos de dessorção. Os resultados mostram que os íons pesados são mais eficientes do que os prótons na dessorção de moléculas em mantos de gelo no espaço, mesmo considerando as baixas abundâncias deles nos raios cósmicos. Ao contrário, em se tratando de síntese de novas espécies moleculares, os prótons são mais eficientes do que os íons pesados. / [fr] Dans le système solaire et dans les régions denses du milieu interstellaire, des manteaux de glaces constitués de petites molécules sont irradiés par des particules ionisantes : des photons, des électrons et des ions. L’interaction entre les particules énergétiques et les manteaux induit plusieurs processus tels que les réactions chimiques, les changements de phase et la désorption de molécules. Les effets de l’irradiation par des photons et des ions légers sont étudiés depuis 20 ans. Cependant, les expériences réalisées avec des ions lourds et rapides sont rares dans la littérature. Bien que les ions légers soient plus abondants, le grand pouvoir d’arrêt et le haut rendement de pulvérisation des ions lourds peuvent compenser cet écart numérique. Ce travail résulte d’un projet de collaboration entre la PUC-Rio et le CIMAP-GANIL. L’objectif de ce projet est d’étudier l’effet de l’irradiation de glaces astrophysiques avec des ions lourds et rapides. Les expériences ont été réalisées sur les lignes IRRSUD et SME du GANIL avec des ions Ni (46 et 537 MeV). L’analyse des glaces a été faite par spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR). Quatre cibles ont été irradiées et analysées : H2O, CO, CO2 et H2O :CO :NH3. Les sections efficaces de destruction, de création des molécules produites et les rendements de pulvérisation ont été déterminés pour chaque cible. Les résultats obtenus montrent que les ions lourds sont plus efficaces que les protons pour la pulvérisation des manteaux de glaces alors que les protons sont eux plus efficace pour la synthèse de nouvelles molécules.

[pt] A vida pode ter se originado de moléculas prebióticas que aqui chegaram trazidas por corpos extraterrestres. Modelagens necessitam de informações sobre a interação delas com raios cósmicos: rendimentos de sputtering, seções de choque de dissociação molecular, parâmetros de modificações cristalográficas. Para este objetivo, os efeitos das colisões de íons leves rápidos com amostras quirais do aminoácido valina são aqui estudados. Filmes finos de valina, depositados sobre pastilhas de KBr, foram irradiados por feixes de íons de H mais, He mais e N mais com energias de 0,5, 1,0 e 1,5 MeV, produzidos no acelerador Van de Graaff da PUC-Rio. Empregou-se a espectroscopia óptica no infravermelho (FTIR) para analisar os efeitos da irradiação na valina: identificação de produtos, determinação das seções de choque de compactação e de destruição da valina, e taxas de sputtering. Como a radiólise de aminoácidos por feixes iônicos na faixa do MeV tem sido pouco estudada, a metodologia correspondente não estava bem estabelecida. Parte significativa deste trabalho foi dedicada à busca das melhores condições para as medidas. Foram examinados os efeitos provocados pela corrente do feixe, pelo método de preparo do substrato e da amostra, pela espessura e temperatura/recozimento do alvo e por uma eventual dependência deles com a quiralidade. As novas bandas IR da radiólise encontradas são atribuídas ao CO2, CO, C2H6, C3H8 e a ligações N-H; observou-se que a seção de choque de destruição sigma dap diminui à medida que a temperatura da amostra aumenta e que ela varia com o stopping power aproximadamente como Se3/2. / [en] One of the main theories on the origin of life proposes that the falling down of extraterrestrial bodies caused the appearance of prebiotic molecules on Earth. Quantitative development of this model requires information on the interaction between cosmic rays and these molecules; the dissociation and compaction cross sections, and sputtering yields are particularly needed. Aiming this goal, the current work analyses the effects produced by the impact of fast ions on chiral samples of valine. Valine thin films, deposited on KBr substrates, were irradiated by H positive, He positive and N positive ions with 0.5, 1.0 and 1.5 MeV, produced by the PUC-Rio Van de Graaff accelerator. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) was used to analyse the irradiation effects on valine, to identify products and to determine compaction and destruction cross sections and sputtering yields. So far, amino acid radiolysis by MeV ion beams has been poorly studied and an adequate methodology for this analysis is not yet established. Substantial part of this work was then dedicated on the search of optimum experimental conditions. Effects due to sample thickness, temperature/annealing and chirality, as well as substrate and sample preparation, were studied. It was observed that bands attributed to CO2, CO, C2H6, C3H8 and N-H links appear in the FTIR spectrum during irradiation and that destruction cross section decreases as the valine temperature increases. Compaction due to irradiation may be affected by chirality. The obtained results suggest that destruction cross sections follow approximately Se3/2, where Se is the electronic stopping power.

[pt] A vida pode ter se originado na Terra a partir de moléculas prebióticas que chegaram transportadas por corpos extraterrestres. A análise de fragmentos do meteorito Murchison sugere que sua composição é constituída de material produzido antes do início da vida terrestre atual. Em seu interior foram encontrados 17 aminoácidos primários e 13 açúcares. Sabendo que os aminoácidos, blocos constituintes de proteínas, são fundamentais na composição de todos os organismos vivos, a comunidade acadêmica propôs uma teoria da evolução com princípios exógenos. Considerando que partículas α com energia em torno de 1 keV são muito abundantes no Sistema Solar, este trabalho tem como objetivo determinar experimentalmente a radiorresistência da glicina. Assim, são estudados os diferentes efeitos da radiação devido a essa interação, como sputtering e radiólise. Os experimentos foram realizados no Laboratório Van de Graaff da PUC-Rio, onde filmes de glicina foram preparados e irradiados por um feixe de íons de He+ com energias de 0,5, 1,0, 1,5 e 2,0 keV produzidos por um pequeno canhão de íons. A espectroscopia por infravermelho (FTIR) foi utilizada para analisar os efeitos da irradiação. Dados experimentais mostram que a seção de choque de destruição (𝜎𝑑) da glicina depende da energia do feixe e da temperatura da amostra. As seções de choque em função da temperatura foram determinadas e variam entre 10-18 e 10-15 cm2: temperaturas mais baixas resultam em menores 𝜎𝑑. Em função da energia, 𝜎𝑑 varia entre 10-16 e 10-1 cm2, sendo seus maiores valores correspondentes às maiores faixas de energia. Além disso, esta pesquisa procurou descobrir se moléculas-filhas surgem após a irradiação de glicina com partículas α de keV. Ademais, para modelar os resultados experimentais, foi desenvolvido um software denominado TRIM-estendido. / [en] Life may have originated on Earth from prebiotic molecules that arrived brought by extraterrestrial bodies. Fragments analysis of Murchison meteorite suggests that it is made of Solar System (SS) primitive material before the beginning of nowadays terrestrial life. In its interior, 17 primary amino acids and 13 sugars were found. Knowing that amino acids, building blocks of proteins, are fundamental in the composition of all organisms, the academic community suggests the possibility of an evolution theory based on exogen principles. A major question is how the prebiotic material could survive billions of years in the interplanetary medium. Considering that α particles with energy of about 1 keV are very abundant in the SS, this work aims to determine experimentally the glycine radioresistance. Thus, the different radiation effects due to this interaction, like sputtering and radiolysis, is studied. Experiments were performed at the Van de Graaff Laboratory of PUC-Rio, using a He+ beam produced by a keV accelerator. Glycine films were prepared and irradiated by the He+ beam ions with energies of 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 keV. Infrared spectroscopy (FTIR) was used to analyze the irradiation effects. Experimental data show that Glycine destruction cross section depends on the beam energy and on sample temperature. The energy dependence indicates that at low energies, glycine absorbance decay faster than at higher energies. Additionally, this research intends to find out if daughter molecules arise after Glycine irradiation with α keV particles. The TRIM-extended model was developed for modelling the experimental data.

[pt] Este estudo trata de processos da fragmentação molecular de água no estado gasoso pelo impacto de feixes energéticos de fótons, H+ e Li3+. As seções de choque absolutas de ionização foram obtidas para os feixes de Li3+, H+ e de fótons. As seções de choque do canal de captura eletrônica, obtidas para o feixe de Li3+, foram investigadas visando determinar as diferenças na fragmentação molecular induzidas pelo processo de transfêrencia de carga ao projétil. O intervalo de energia utilizado nas medidas com o feixe de Li3+ foi de 750 a 5800 keV, enquanto para o feixe de prótons foi selecionada a regiao de energia entre 300 até 2000 keV, mantendo uma faixa de velocidades similar. No caso dos fótons, as fragmentações foram medidas no intervalo de energia de 38 a 170 eV. Para a obtenção dos valores de seção de choque de ionização e de captura, foi aplicado um método para a correção do número de eventos simples (íon + neutro) e pares iônicos. A partir desse método foi possível avaliar a influência desta correção nos valores de seção de choque de ionização. A partir dos valores de frações de fragmentação por impacto de prótons foram desenvolvidas curvas teóricas de seção de choque para produção dos pares iônicos H++OH+ e H++O+. Os resultados obtidos de seção de choque de ionização de pares iônicos foram determinados a partir de resultados teóricos de seções de choque de produção dos fragmentos OH+, O+ e H+ disponíveis na literatura. Os resultados foram comparados e concordam com os valores experimentais para impacto de prótons, obtidos neste trabalho, e com dados para impacto de elétrons disponíveis na literatura. / [en] This study aims to contribute for the understanding of the water molecule multiple ionization by impact of photons, protons and Li3+ ions. The technique selected for such research is Time-of-Flight Spectroscopy of the ions produced as a consequence of the molecular dissociation. Absolute and partial ionization cross sections are obtained for impact with each of these three projectiles. For Li3+ beam, absolute and partial capture cross sections are also obtained. The energy range employed was 38-170 eV for photons beams, 300-2000 keV for H+ beams and 750 up to 5800 keV for Li3+ beams. Corrections for ionization cross section determination are usually necessary. Methods for this were developed and applied to the current data. Values for these corrections are presented and discussed. The obtained results are compared with literature data, exhibiting unexpected features. As an example, the production rates of OH+ and H+ fragments by two beams (photons and electrons) having a very different nature are very similar behavior. The data from the water molecule fragmentation by H+ beam enabled the determination of fragmentation factors. The knowledge of these factors made possible to calculate, using a method developed in this work and also theoretical data from literature based on production data of OH+, O+ and H+, new theoretical curves concerning pair production (H+ + OH+ and H+O+).