Este trabalho descreve a montagem de um espectrômetro de massa por tempo de voo para análise de macromoléculas, projetado e desenvolvido no Laboratório de Instrumentação e Partículas (LIP) da USP, e apresenta os primeiros resultados obtidos com o equipamento. O espectrômetro é constituído pelo acoplamento de uma fonte de íons Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) com um acelerador de partículas do tipo tandem. O objetivo é aumentar a energia dos íons moleculares produzidos na fonte visando a uma maior eficiência de detecção de moléculas de massas elevadas. Amostras padrão de iodeto de césio (CsI) foram utilizadas para caracterização e verificação das condições de funcionamento do aparelho. O início dos estudos de moléculas de massas grandes se deu com medidas de amostras de insulina. Um método de simulação foi desenvolvido para auxiliar a análise dos espectros de massa e seus resultados foram comparados com os dados experimentais obtidos com o espectrômetro. O trabalho aponta novas possibilidades para a aplicação de aceleradores de partículas em análise de massa de macromoléculas. / The present work describes the assembly of a time-of-flight mass spectrometer for analysis of macromolecules, designed and developed at the Instrumentation and Particle Laboratory (LIP), and presents the first results obtained with the equipment. The spectrometer is based on the coupling of a Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) ion source with a tandem type particle accelerator. The objective is to increase the molecular ions energy produced by the source, and thus improve the high mass detection efficiency. Standard samples of cesium iodide (CsI) were used for characterization and verification of the equipment operation setup. Measures of insulin samples marked the initial studies of large masses. A simulation method was developed to assist in mass spectra identification and the results were compared with experimental data obtained with the spectrometer. The results open new possibilities for the application of particle accelerators in macromolecules mass analysis.

Quando uma partícula carregada em movimento uniforme cruza a superfície entre dois meios de propriedades eletromagnéticas diferentes, ela emite a chamada Radiação de Transição (RT). Esta radiação tem espectro amplo, com emissão inclusive no intervalo de radiação visível. Esse processo de produção de radiação tem sido muito empregado em sistemas de monitoramento de feixes em aceleradores de partículas, por ser um processo que responde linearmente à carga que cruza a superfície e por permitir o monitoramento de diversos parâmetros do feixe em um único ponto de observação. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema de monitoramento baseado em RT no intervalo óptico para operar em baixas energias de feixe de elétrons (próximas de 2 MeV) e realizar o diagnóstico de parâmetros importantes do feixe na entrada do primeiro estágio de aceleração do Mícrotron do IFUSP. / Transition Radiation (TR) is emitted when a charged particle moving with constant velocity, crosses the boundary between two media with different electromagnetic properties. This radiation is emitted in an wide spectral range, including the optical interval. This physical process has been used in beam diagnostic devices in particle accelerators due to its linear response to the charge that crosses the boundary and also because it allows the measurement of several beam parameters in a single observation point. In this work, we present the design of a device based on TR in the optical range to operate with low energy beams (about 2 MeV). The device enables the determination of the transverse phase space and of the fractional momentum deviation of the beam at the end of the linac, allowing the determination of important beam parameters at the entrance to the Microtron Booster.

Foram determinadas de maneira absoluta seções de choque duplamente diferenciais de produção de bremsstrahlung, para elétrons com energia cinética de 20, 50, 75 e 100~keV, nos elementos C, Al, Ag, Te, Ta e Au, e nos ângulos de emissão dos fótons $35^{\\mathrm}$, $90^{\\mathrm}$ e $131^{\\mathrm}$. As medidas foram realizadas na linha de feixe de baixa energia do Acelerador Microtron, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, em um arranjo que contou com três detetores de Ge hiperpuro, dois planares e um coaxial. Os alvos finos foram confeccionados pela técnica de deposição física de vapores, enquanto suas espessuras foram caracterizadas a partir da espectrometria de retroespalhamento de Rutherford. Foi desenvolvido um modelo analítico para descrever a função reposta de detetores de Ge, que permitiu a deconvolução dos espectros de bremsstrahlung entre os 12~keV e o ponto de máxima transferência de energia, com uma resolução de 1~keV. As seções de choque obtidas apresentam uma incerteza relativa entre 3\\% e 5\\%, e foram comparadas com os cálculos teóricos que constituem o estado da arte na temática, e com os poucos dados experimentais encontrados na literatura. / Bremsstrahlung doubly dierential cross sections were absolutely determined for electrons with kinetic energies of 20, 50, 75 and 100 keV, in the elements C, Al, Ag, Te, Ta e Au, and the photon emission angles of 35o, 90o and 131o. The measurements were performed at the low energy beam line of the S~ao Paulo Microtron Accelerator, using three high purity Ge detectors: two planar and one coaxial. Thin targets were obtained by the Physical Vapor Deposition technique, and their thicknesses were characterized through Rutherford Backscattering Spectroscopy. An analytical model was developed to describe the response function of Ge detectors, which allowed to unfold the bremsstrahlung spectra between 12 keV and the maximum energy transfer point, with an energetic resolution of 1 keV. The obtained cross sections present relative uncertainties between 3% and 5%. These results were compared with the higher accurate theoretical calculations and also with the experimental reports found in literature.

Neste trabalho é apresentado um estudo do espalhamento elástico e de reações nucleares dos sistemas exóticos leves 6He+9Be e 7Be+9Be. A colisão 6He+9Be foi medida nas energias de Elab = 16,2 MeV e 21,3 MeV utilizando o sistema RIBRAS (Radioactive Ion Beams in Brasil) do Instituto de Física da Universidade de São Paulo. Foram medidas distribuições angulares do espalhamento elástico, inelástico e a distribuição de partículas alfa produzidas na colisão 6He+9Be. As distribuições angulares elásticas foram analisadas por cálculos de Modelo Óptico, Canais Acoplados (CC) e Canais Acoplados com Discretização do Contínuo (CDCC). A secção de choque total de reação foi obtida da análise do espalhamento elástico. As distribuições de partículas alfa medidas foram comparadas com os resultados dos cálculos de CDCC para a quebra do projétil 6He e de CC para a quebra do alvo de 9Be e a secção de choque integrada em ângulo foi obtida. Analisamos dados do espalhamento quasielástico 7Be+9Be em Elab = 23,7 MeV que foram obtidos no laboratório CRC de Louvain-la-Neuve, na Bélgica. A distribuição angular quasielástica foi analisada primeiramente utilizando o formalismo de Modelo Óptico, o que forneceu o potencial de interação para este sistema e um fator de normalização para os dados experimentais que não foi obtido no experimento. A contribuição da excitação inelástica do núcleo 7Be na secção de choque quasielástica e a influência dos estados do contínuo no canal elástico foram investigadas por meio de cálculos de Canais Acoplados e de CDCC, respectivamente. A secção de choque total de reação 7Be+9Be foi obtida e comparada com 6He+9Be e outros sistemas da literatura. / A study of the elastic scattering and nuclear reactions in light exotic systems 6He+9Be and 7Be+9Be is presented. The 6He+9Be collision was measured at the energies Elab = 16.2 MeV and 21.3 MeV, using the RIBRAS system (Radioactive Ion Beams in Brasil) of the Institute of Physics of the University of São Paulo. Angular distributions of the elastic and inelastic scattering and the alpha-particles production in the 6He+9Be collision were measured. The elastic scattering angular distributions were analyzed by Optical Model, Coupled Channels (CC) and Continuum- Discretization Coupled-Channels (CDCC) calculations. The total reaction cross section was obtained from the elastic scattering analysis. The alpha-particle angular distributions were compared with the results of the CDCC calculations for the breakup of the 6He projectile and CC for the breakup of the 9Be target and the angle-integrated cross section have been obtained. The data for the 7Be+9Be quasielastic scattering has been measured at Elab = 23.7 MeV at CRC Radioactive Beam Facility at Louvain-la-Neuve, Belgium. The quasielastic angular distribution was analyzed firstly using the optical model formalism, which provided the potential for the 7Be+9Be interaction and a normalization factor for the experimental data that was not obtained in the experiment. The contribution of the inelastic excitation of the 7Be nucleus to quasielastic cross sections and the influence of the states of the continuum in the elastic scattering were investigated by Coupled Channels and CDCC calculations. The total reaction cross section 7Be+9Be has been obtained and compared with the 6He+9Be system and other systems of the literature.

Neste trabalho é apresentado um estudo do espalhamento elástico e de reações nucleares dos sistemas exóticos leves 6He+9Be e 7Be+9Be. A colisão 6He+9Be foi medida nas energias de Elab = 16,2 MeV e 21,3 MeV utilizando o sistema RIBRAS (Radioactive Ion Beams in Brasil) do Instituto de Física da Universidade de São Paulo. Foram medidas distribuições angulares do espalhamento elástico, inelástico e a distribuição de partículas alfa produzidas na colisão 6He+9Be. As distribuições angulares elásticas foram analisadas por cálculos de Modelo Óptico, Canais Acoplados (CC) e Canais Acoplados com Discretização do Contínuo (CDCC). A secção de choque total de reação foi obtida da análise do espalhamento elástico. As distribuições de partículas alfa medidas foram comparadas com os resultados dos cálculos de CDCC para a quebra do projétil 6He e de CC para a quebra do alvo de 9Be e a secção de choque integrada em ângulo foi obtida. Analisamos dados do espalhamento quasielástico 7Be+9Be em Elab = 23,7 MeV que foram obtidos no laboratório CRC de Louvain-la-Neuve, na Bélgica. A distribuição angular quasielástica foi analisada primeiramente utilizando o formalismo de Modelo Óptico, o que forneceu o potencial de interação para este sistema e um fator de normalização para os dados experimentais que não foi obtido no experimento. A contribuição da excitação inelástica do núcleo 7Be na secção de choque quasielástica e a influência dos estados do contínuo no canal elástico foram investigadas por meio de cálculos de Canais Acoplados e de CDCC, respectivamente. A secção de choque total de reação 7Be+9Be foi obtida e comparada com 6He+9Be e outros sistemas da literatura. / A study of the elastic scattering and nuclear reactions in light exotic systems 6He+9Be and 7Be+9Be is presented. The 6He+9Be collision was measured at the energies Elab = 16.2 MeV and 21.3 MeV, using the RIBRAS system (Radioactive Ion Beams in Brasil) of the Institute of Physics of the University of São Paulo. Angular distributions of the elastic and inelastic scattering and the alpha-particles production in the 6He+9Be collision were measured. The elastic scattering angular distributions were analyzed by Optical Model, Coupled Channels (CC) and Continuum- Discretization Coupled-Channels (CDCC) calculations. The total reaction cross section was obtained from the elastic scattering analysis. The alpha-particle angular distributions were compared with the results of the CDCC calculations for the breakup of the 6He projectile and CC for the breakup of the 9Be target and the angle-integrated cross section have been obtained. The data for the 7Be+9Be quasielastic scattering has been measured at Elab = 23.7 MeV at CRC Radioactive Beam Facility at Louvain-la-Neuve, Belgium. The quasielastic angular distribution was analyzed firstly using the optical model formalism, which provided the potential for the 7Be+9Be interaction and a normalization factor for the experimental data that was not obtained in the experiment. The contribution of the inelastic excitation of the 7Be nucleus to quasielastic cross sections and the influence of the states of the continuum in the elastic scattering were investigated by Coupled Channels and CDCC calculations. The total reaction cross section 7Be+9Be has been obtained and compared with the 6He+9Be system and other systems of the literature.

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-06-09T19:40:00Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoMestrado_FabianaMonteiro.pdf: 63170351 bytes, checksum: c19ab17f1c6a5a21e7a5a6ed4744c86e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-09T19:40:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoMestrado_FabianaMonteiro.pdf: 63170351 bytes, checksum: c19ab17f1c6a5a21e7a5a6ed4744c86e (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Durante os últimos 1000 anos ocorreram significativas mudanças climáticas em nosso planeta, que tem sido caracterizada como uma Pequena Idade do Gelo (LIA). Este foi um período de esfriamento global, que ocorreu após o Período Quente Medieval, estendendo-se entre os séculos XIV e XIX, aproximadamente de 1350 a 1850. A compreensão deste fenômeno, relacionado a mudanças globais, possui grande interesse científico. No Hemisfério Norte há vários trabalhos científicos que relacionam os resultados encontrados com a Pequena Idade do Gelo e o Período Quente Medieval, já no Hemisfério Sul esses eventos são incertos devido a escassez de material datado dessa época. Isto tem provocado uma grande controvérsia, uma vez que embora alguns dos poucos trabalhos existentes tenham identificado que o mesmo período de resfriamento também tenha ocorrido na América do Sul, outros autores discordam que esse período frio possa ser aplicado globalmente. Desta forma, ainda há uma questão em aberto, onde trabalhos que exploram a reconstrução de encostas (superfície do mar), vazão de rios e a produtividade biológica sul americanas, podem contribuir na elucidação deste problema. Dentro deste contexto, esta dissertação propôs uma contribuição no estudo da formação de encostas brasileiras, mais especificamente, na enseada do Pântano Sul, Ilha de Santa Catarina, SC, onde testemunhos sedimentares demonstraram uma variação significativa na composição de seus sedimentos, que podem estar associados a eventos de mudanças climáticas significativas. Para tanto, foi utilizada a técnica de AMS (Accelerator Mass Spectrometry), através da datação de radiocarbono de amostras de conchas e sedimentos, oriundas destes testemunhos sedimentares, numa colaboração entre pesquisadores do Instituto de Física e Departamento de Biologia Marinha, ambos da Universidade Federal Fluminense (UFF). Em adição, esta dissertação apresenta um grande destaque como marco tecnológico, pois é o primeiro trabalho aplicando a técnica AMS, desenvolvida integralmente em um país Latino-Americano. Assim, são apresentados os primeiros resultados para a utilização de um acelerador do tipo SSAMS (Single Stage Accelerator Mass Spectrometry System) de 250kV, recém instalado no Instituto de Física da UFF. Desta forma, a técnica de datação 14C-AMS já pode ser totalmente realizada aqui no Brasil e na América Latina. / During the last 1000 years significant climatic changes have occured in our planet, which have been characterized as a Little Ice Age (LIA). This was a period of global coldness, after the Warm Medieval Period, between the XIV and XIX centuries, aproximately from 1350 to 1850. The understandind of such fenomenum, related to global changes, is of great scientifc interest. In the northern hemisphere there are many works relating its results to the Little Ice Age and the Warm Medieval Period. In the southern hemisphere however, these events are not clear due the lack of events. This has lead to controversy since a few works have identifyed the same cold period in South America, others authors disagree that it was a global phenomenum. This way, there is still an open question, where studies that explores coastal reconsctruction (ocean surface), river flow and the biological productivity in South America can contribute to solving the problem. in this sence, this work proposes a contribution to the study of Brazilian coastal formation, more specifically in the Pantano Sul Inlet, Santa Catarina Island, SC, where sediment cores have shown a significant climatic changes. In this study, we used the Accelerator Mass Spectrometry (AMS) thecniche, for the radiocarbon dating of shells and sediment from the collected cores in a collaborative work between researches from the Physics Institute and the department of Marine Biology, both from the Fluminense Federal University. In addition, this work is a technological mark since it is the first results of Single Stage Mass Spectrometry Accelerator System, recently installed in the Physics Institute of UFF. Therefore, the 14C-AMS dating technique can now be throroughly permormed in Brazil and Latin America.

No presente trabalho é explorada a performance do FoCal, um calorímetro eletromagnético frontal, com alta resolução espacial, proposto como um upgrade para o experimento ALICE, no LHC. O principal objetivo deste detector é fazer a medida de fótons diretos na região de pseudo-rapidez 2.5 < < 4.5. Essa região frontal é dominada por fótons provenientes do decaimento de hadrons, principalmente do píon neutro , e portanto uma eficiente medida de fótons diretos está diretamente associada à eficiência em se identificar fótons provenientes do decaimento do píon neutro. Para distinguir fótons diretos de fótons de decaimento do píon neutro, são explorados três diferentes métodos de análise, a saber, massa invariante, análise da forma do chuveiro e isolamento, sendo cada um deles adequado a uma diferente faixa de energia do píon neutro. O método da massa invariante permitiu identificar fótons de píon neutro com uma eficiência de 95% num ambiente de partículas únicas, para píon neutro com energia entre 0 e 300 GeV. Num ambiente pp, esse método mostra uma eficiência de 85%. A análise da forma do chuveiro foi capaz de identificar, com um dado corte no parâmetro de forma Width1, fótons diretos com uma eficiência acima de 90% e de rejeitar fótons de píon neutro com uma eficiência que varia de 65% a 95%, no intervalo de energia de 300 GeV a 500 GeV, num ambiente de partículas únicas. Essas eficiências podem ser melhoradas se for aplicado um corte dependente da energia e a rejeição de píon neutro pode também ser melhorada se os eventos mais assimétricos puderem ser melhor reconstruídos pelo detector no futuro. No método de isolamento, aplicado ao ambiente pp e PbPb, é explorado o melhor valor de raio de isolamento Riso a ser usado em cada ambiente. Por este método podem ser atingidas altas eficiências em detectar fótons diretos, mas o método se mostra limitado pelo grande fundo de fótons de decaimento, e a pureza dos cortes testados não atinge valores maiores que cerca de 10%. E mostrado que o uso de um trigger em 40 GeV pode melhorar a pureza dos cortes de 0.01 % para cerca de 10%. Foi feita a otimização de alguns parâmetros de análise, permitindo melhor desempenho desses métodos de análise explorados / In the present work is explored the performance of the FoCal, a forward electromagnetic calorimeter, with high granularity, proposed as an upgrade for the ALICE experiment, in LHC. The main goal of the detector is to be able to identify direct photons in the pseudo-rapidity region 2.5 < < 4.5. This forward region is dominated by decay photons, mainly photons from neutron pion decay, so an efficient mesurement of direct photons is directly associated to the efficiency in identify photons from neutron pion decay. To separate direct photons from neutron piondecay photons, it is explored three different analysis methods, the invariant mass, shower shape and isolation, each one useful in a different energy range of the neutron pion. The invariant mass method allowed to identify photons from neutron pion with an efficiency around 95% in a single particle environment, for neutron pion with energy between 0 and 300 GeV. In a pp environment, this method showed an efficiency of 85%. The shower shape method was able to identify, by a given cut in the shower shape parameter Width1, direct photons with an efficiency of 90% and to reject 65% to 95% of the photons from neutron pion in the energy range of 300 GeV to 500 GeV, in a single particle environment. This efficiencies can be improved if there is aplied a cut that depends on the energy and the neutron pion rejectioncan also be improved if the more assimetric decays can be better reconstructed by the detector in the future. The isolation method is aplied to a pp and PbPb environments, and it is explored the best value of isolation radius Riso to be used in each environment. By this method, it can be reached high efficiencies in detecting direct photons, but the method is limited by the high background of decay photons, and the purity of the cuts is not better than about 10%. It is showed that a trigger in 40 GeV can improve the purity from 0.01% to about 10%. It was made an optimization of some of the used analysis parameters, leading to an improvement of the explored analysis methods.

No presente trabalho é explorada a performance do FoCal, um calorímetro eletromagnético frontal, com alta resolução espacial, proposto como um upgrade para o experimento ALICE, no LHC. O principal objetivo deste detector é fazer a medida de fótons diretos na região de pseudo-rapidez 2.5 < < 4.5. Essa região frontal é dominada por fótons provenientes do decaimento de hadrons, principalmente do píon neutro , e portanto uma eficiente medida de fótons diretos está diretamente associada à eficiência em se identificar fótons provenientes do decaimento do píon neutro. Para distinguir fótons diretos de fótons de decaimento do píon neutro, são explorados três diferentes métodos de análise, a saber, massa invariante, análise da forma do chuveiro e isolamento, sendo cada um deles adequado a uma diferente faixa de energia do píon neutro. O método da massa invariante permitiu identificar fótons de píon neutro com uma eficiência de 95% num ambiente de partículas únicas, para píon neutro com energia entre 0 e 300 GeV. Num ambiente pp, esse método mostra uma eficiência de 85%. A análise da forma do chuveiro foi capaz de identificar, com um dado corte no parâmetro de forma Width1, fótons diretos com uma eficiência acima de 90% e de rejeitar fótons de píon neutro com uma eficiência que varia de 65% a 95%, no intervalo de energia de 300 GeV a 500 GeV, num ambiente de partículas únicas. Essas eficiências podem ser melhoradas se for aplicado um corte dependente da energia e a rejeição de píon neutro pode também ser melhorada se os eventos mais assimétricos puderem ser melhor reconstruídos pelo detector no futuro. No método de isolamento, aplicado ao ambiente pp e PbPb, é explorado o melhor valor de raio de isolamento Riso a ser usado em cada ambiente. Por este método podem ser atingidas altas eficiências em detectar fótons diretos, mas o método se mostra limitado pelo grande fundo de fótons de decaimento, e a pureza dos cortes testados não atinge valores maiores que cerca de 10%. E mostrado que o uso de um trigger em 40 GeV pode melhorar a pureza dos cortes de 0.01 % para cerca de 10%. Foi feita a otimização de alguns parâmetros de análise, permitindo melhor desempenho desses métodos de análise explorados / In the present work is explored the performance of the FoCal, a forward electromagnetic calorimeter, with high granularity, proposed as an upgrade for the ALICE experiment, in LHC. The main goal of the detector is to be able to identify direct photons in the pseudo-rapidity region 2.5 < < 4.5. This forward region is dominated by decay photons, mainly photons from neutron pion decay, so an efficient mesurement of direct photons is directly associated to the efficiency in identify photons from neutron pion decay. To separate direct photons from neutron piondecay photons, it is explored three different analysis methods, the invariant mass, shower shape and isolation, each one useful in a different energy range of the neutron pion. The invariant mass method allowed to identify photons from neutron pion with an efficiency around 95% in a single particle environment, for neutron pion with energy between 0 and 300 GeV. In a pp environment, this method showed an efficiency of 85%. The shower shape method was able to identify, by a given cut in the shower shape parameter Width1, direct photons with an efficiency of 90% and to reject 65% to 95% of the photons from neutron pion in the energy range of 300 GeV to 500 GeV, in a single particle environment. This efficiencies can be improved if there is aplied a cut that depends on the energy and the neutron pion rejectioncan also be improved if the more assimetric decays can be better reconstructed by the detector in the future. The isolation method is aplied to a pp and PbPb environments, and it is explored the best value of isolation radius Riso to be used in each environment. By this method, it can be reached high efficiencies in detecting direct photons, but the method is limited by the high background of decay photons, and the purity of the cuts is not better than about 10%. It is showed that a trigger in 40 GeV can improve the purity from 0.01% to about 10%. It was made an optimization of some of the used analysis parameters, leading to an improvement of the explored analysis methods.