Pesquisas sobre plasmas de molibdênio gerados por ablação a laser vêm se intensificando nos últimos anos. O interesse na caracterização deste tipo de material se deve à variedade de aplicações, dentre elas a utilização do radioisótopo 99Mo em Medicina Nuclear. Neste trabalho foi realizado o estudo espectroscópico das propriedades fundamentais do plasma de molibdênio gerado por ablação a laser, visando separação isotópica para aplicação do 99Mo como traçador em exames de tomografia.Foi avaliada a utilização de dois lasers Nd:YAG: o Avia 355-X Coherent emitindo em 355 nm, e outro Hawk-532-40-M Quantronix emitindo em 532 nm, além dos efeitos da pressão no meio em que o plasma se expande, no processo de ablação de molibdênio e nas propriedades fundamentais do plasma gerado.Os valores de velocidade de expansão e tempo de vida do plasma calculados, para as condições de expansão à pressão atmosférica e no vácuo, foram aproximadamente os mesmos, em torno de 4,5 km/s e 150 ns, respectivamente. A temperatura eletrônica calculada é de cerca de 5000 K, atinge seu valor máximo na porção central da pluma de plasma e aumenta com o aumento da pressão do meio em que a pluma se expande. A densidade eletrônica na parte central da pluma possui ordem de grandeza aproximada à densidade do sólido, 1018 cm-3. O parâmetro de impacto do elétron para o molibdênio foi calculado obtendo o valor igual a 0,017 nm para a temperatura em torno de 8000 K. Além das propriedades do plasma, foi avaliada a dinâmica de expansão do plasma nas situações de expansão à pressão atmosférica e no vácuo, de modo que foi verificado que no estágio inicial da evaporação do metal, as emissões se devem principalmente a transições eletrônicas relacionadas a átomos ionizados, passando por emissões devido a transições entre átomos neutros excitados na porção central da pluma, e as emissões evoluem para transições para o estado fundamental no estágio final da pluma. Um dos pontos a atentar é que no caso de ablação no ar, as linhas de átomos ionizados decaem muito antes que cesse a emissão luminosa do plasma, enquanto no vácuo, tais linhas permanecem até o fim da emissão do plasma. De posse dos resultados obtidos, conclui-se que a geração do jato metálico a partir de ablação a laser tem potencial para a aplicação dos métodos de separação isotópica propostos no projeto de produção do 99Mo, através de métodos eletromagnéticos utilizando a parte ionizada da pluma ou a fotoionização seletiva para o jato neutro, para fabricação de radiofármacos.

O interesse em fotoionização seletiva de isótopos terras-raras tem crescido nas últimas décadas devido às suas aplicações industriais e médicas. Dentre os elementos das terras-raras o Instituto de Estudos Avançados (IEAv) tem especial interesse no neodímio que pode ser utilizado como poderoso ímã permanente, como meio laser, bem como na produção de baterias nucleares auxiliares para satélites. O processo de separação isotópica via laser do átomo de neodímio exige um conhecimento prévio dos seus níveis de energia e suas frequências de absorção. Neste trabalho foi empregada a técnica de espectroscopia optogalvânica de múltiplos passos, limitada por Doppler, em lâmpada de catodo oco comercial com descarga contínua (DC), a fim de identificar as duas primeiras frequências de absorção sequencial, partindo do estado fundamental do neodímio na região espectral entre 580 e 600 nm. As cinco transições do estado fundamental do primeiro fóton nesta região foram identificadas pela espectroscopia optogalvânica, utilizando um laser de corante bombeado por laser de Nd:YAG. A partir da base dados NIST, foram calculadas as possíveis transições de segundo fóton a partir do nível excitado pelo primeiro fóton. Dentre as possíveis transições, foram obtidas experimentalmente sete transições de segundo fóton, quatro delas não estão presentes na literatura disponível e consultada. Nesta etapa, foram empregados dois lasers de corante bombeados por dois lasers de vapor de cobre. Espectros de emissão da lâmpada de catodo oco foram previamente obtidos para a identificação das transições do neodímio e neônio (gás de preenchimento na lâmpada de catodo oco comercial). A simulação do espectro foi empregada para comparação com os dados experimentais, facilitando a interpretação de dados.

No processo atômico de separação isotópica via laseres, o vapor de urânio metálico é gerado pelo aquecimento de um alvo sólido por um feixe de elétrons e iluminado por feixes de laseres, de modo a promover a ionização seletiva do 235U. Posteriormente, estes íons são coletados usando-se um campo eletrostático. O objetivo desta dissertação de Mestrado é o estudo experimental dos processos de geração e expansão do vapor de urânio, visando ajudar a tornar mais eficiente o processo de separação isotópica. Evaporou-se urânio metálico e medidas de fluxos de vapor foram realizadas em função da temperatura da superfície emissora e do ângulo normal a esta superfície. Através de três diferentes técnicas (transmitância de luz, balança analítica e espectroscopia alfa), analisou-se a massa depositada nos coletores. Os resultados obtidos foram ajustados segundo uma função de distribuição e comparados a valores teoricamente previstos.

As terras-raras vêm originando interesse em cientistas e pesquisadores por suas aplicações médicas, industriais e em telecomunicações. Entre as terras-raras de interesse para o Instituto de Estudos Avançados - IEAv, encontra-se o érbio, cujas aplicações incluem a indústria nuclear, lasers e fibras ópticas. A utilização de um determinado isótopo pode melhorar o desempenho final do dispositivo que o contém. Porém, para realizar o processo atômico de separação isotópica a laser, é necessário o conhecimento espectroscópico do átomo, como seus níveis de energia e frequências de absorção, para um correto ajuste na sintonia dos lasers. O objetivo deste trabalho é investigar as duas primeiras frequências sequenciais de absorção do átomo de érbio que levam à fotoionização a múltiplos passos, na região de comprimento de onda de 580 a 600 nm, por meio da espectroscopia optogalvânica limitada por Doppler em lâmpada de catodo oco comercial de érbio. Para o primeiro passo, foram priorizadas as transições que partem do estado fundamental do átomo, uma vez que há uma maior probabilidade de ocupação deste nível. A partir dos níveis de energia do átomo de érbio encontrados na literatura e das regras de seleção para transições entre estes níveis, foram calculadas as possíveis frequências tanto do primeiro como do segundo passo. Para obter as duas frequências sequenciais experimentalmente, foram utilizados dois lasers de corante, sendo cada um deles bombeado por um laser de vapor de cobre, permitindo a observação de oito sequências. Além disso, foi observada uma transição de segundo passo, com um primeiro passo partindo de 5035,19 cm-1 (585,169 nm). Espectros de emissão da lâmpada de catodo oco foram previamente obtidos, a fim de facilitar a identificação das transições de érbio e do gás de preenchimento da lâmpada (neônio) e também para estimar a temperatura eletrônica, um parâmetro do plasma importante para o cálculo da população atômica nos seus diferentes níveis de energia.

Os métodos de separação isotópica que utilizam lasers baseiam-se na capacidade diferenciada, apresentada pelas variedades isotópicas, em absorverem radiação eletromagnética em determinadas freqüências. Portanto, se uma mistura de 235U e 238U for irradiada por um laser cuja freqüência seja ressonante com uma linha de absorção do 235U e que tenha uma linha de emissão suficientemente estreita, a radiação será absorvida preferencialmente por este isótopo. A determinação das freqüências de absorção é, portanto, de fundamental importância para o desenvolvimento do processo de separação isotópica via lasers. Foram investidos esforços neste trabalho, na obtenção de uma ferramenta espectroscópica que forneça os comprimentos de onda que, através de absorção a múltiplos passos, ionize o átomo de urânio. Para isto, utilizou-se uma lâmpada de catodo oco (LCO) para obter as transições do urânio e estudar alguns processos físicos que ocorrem neste tipo de descarga por meio das técnicas de espectroscopia optogalvânica e de fotoionização a múltiplos passos. Pela técnica optogalvânica, e utilizando uma LCO com descarga contínua (DC), foi realizada espectroscopia de absorção de até duas freqüências distintas para o urânio. Através desta técnica foi possível determinar o tempo de vida efetivo do nível 7M7 do urânio, bem como as taxas de colisão entre os átomos de urânio e o gás tampão argônio e com os elétrons da descarga. Com esta mesma lâmpada, porém, com descarga pulsada, e realizando espectroscopia na pós-descarga, através da medida de corrente de íons, foi possível fazer espectroscopia de três freqüências pela absorção sucessiva de até três comprimentos de onda distintos. Com esta técnica de espectroscopia dá-se um importante avanço para o processo de separação isotópica via lasers. Os vários estudos realizados possibilitaram observar que existe a formação de aglomerados de urânio na pós-descarga, bem como medir o tempo de veida efetivo do nível 7M7 do urânio por esta técnica. Com o objetivo de tentar entender alguns dos processos físicos que ocorrem numa descarga de catodo oco, foi possível medir o tempo de difusão ambipolar do plasma de urânio, produzido por fotoionização na pós-descarga e, por meio deste, determinar a seção de choque de colisão elástica entre os íons de urânio e os átomos de argônio. De posse destes parâmetros, podemos dizer que obtivemos um novo método espectroscópico de inferir a temperatura de descarga.

O interesse em fotoionização seletiva de isótopos dos elementos de terras raras tem crescido nos últimos anos em virtude de suas múltiplas aplicações tecnológicas ligadas à energia, à medicina e aplicações envolvendo segurança nacional. Dentre os elementos das terras raras, o Instituto de Estudos Avançados (IEAv) tem especial interesse no neodímio, que pode ser utilizado como poderoso ímã permanente, como meio laser e na produção de baterias nucleares auxiliares para satélites. Por se tratar de um assunto economicamente estratégico, dados envolvendo o processo de enriquecimento a laser desses elementos não são disponibilizados na literatura. Diante disso, o presente trabalho dedicou-se à espectroscopia do átomo de neodímio na região espectral compreendida entre 575 nm e 600 nm. Os experimentos foram realizados por meio de uma técnica sub-Doppler, combinada com a detecção optogalvânica, conhecida como espectroscopia optogalvânica intermodulada. Ao todo sete transições partindo do estado fundamental 4f 4 6s2 5I4, foram investigadas para determinar os desvios isotópicos e números de onda absolutos de seus isótopos. Devido ao alargamento Doppler residual presente nos espectros experimentais não foi possível observar as estruturas hiperfinas dos isótopos de massa ímpar, i.e., somente os isótopos de massa par foram observados. Os resultados obtidos auxiliarão no desenvolvimento de um processo, a partir do isótopo 146Nd, para obtenção do isótopo radioativo 147Pm, que pode ser utilizado na produção de baterias nucleares auxiliares de satélites, contribuindo, assim, para alavancar o desenvolvimento da área aeroespacial do Brasil. Além disso, estes resultados são de fundamental importância no desenvolvimento desse processo, uma vez que foram determinados os comprimentos de ondas necessários para a sintonia do laser, que define a seletividade do isótopo de interesse.