Publicação

Implantation and ion beam analysis of thin gold films in the framework of the MARE experiment

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A experiencia Microcalorimeter Arrays for a Rhenium Experiment (MARE) tem como objectivo a medição da massa do neutrino do electrão com uma sensibilidade de 0.1eV e ser uma alternativa competitiva a experiencia KATRIN, que utiliza como detector um espectrómetro,. MARE usará a técnica de calorimetria, onde os absorvedores dos microcalorímetros serão constituídos por um isótopo com uma baixa energia de transição, Q, no decaimento beta. Esta experiencia ira usar o decaimento beta do isótopo 187Re, devido ao seu valor baixo de Q, a sua abundancia isotópica e reduzida capacidade térmica. O potencial deste isótopo para uma experiência calorimétrica na medição da massa do neutrino já foi demonstrada pelas experiências MANU e MIBETA. Alternativamente, HOLmium EC MEaSurement for electron neutrino mass measurement (HOLMES) foi desenvolvida pela colaboração MARE, onde a determinação directa da massa do neutrino será conseguida usando o processo de captura de electrões do isótopo 163Ho, devido ao seu baixo valor de Q e a sua pequena vida-média, utilizando, também, microcalorímetros criogénicos. O grande avanço da tecnologia microcalorimétrica e as suas aplicações devem‐se ao desenvolvimento dos microcalorímetros TES como espectrómetros de imagem. Hoje em dia, a tecnologia com microcalorímetros criogénicos pode ser usada numa experiencia de larga escala com excelente resolução de energia e de tempo. Os microcalorímetros de Sensor de Borda de Transição (TES) são a escolha para o detetor numa experiencia com o objectivo de medir o decaimento radioativo de captura de eletrões do holmio, fornecendo o valor da massa do neutrino do eletrão. Uma fonte de 163Ho incorporada num microcalorímetro TES para medição de massa do neutrino está em curso no âmbito da colaboração das experiencias MARE e HOLMES. Para optimizar os parâmetros do detector de HOLMES, é importante conhecer as alterações das propriedades térmicas do absorvedor quando implantado com 163Ho. Uma vez que o 163Ho é produto da activação de neutrões do 162Er, também é necessário conhecer os efeitos de érbio, quando incorporado no absorvedor. Particularmente, a propriedade de interesse e a capacidade térmica do Uma opção que está a ser investigada e a implantação do isótopo radioactivo num de ouro, dado que o ouro tem sido utilizado com sucesso em outras aplicações, e as suas características correspondem aos requisitos necessários para uma experiencia como HOLMES. Este trabalho, realizado no âmbito das atividades de I&D do projeto PTDC/FIS/116719/2010, consistiu na implantação de iões metálicos não radioativos de Ho e Er em filmes finos de ouro e na sua caracterização usando Analises de Feixe de Iões e a Análise de Difração de raio‐X, e também em medições de baixa temperatura, utilizando um refrigerador de diluição equipado com um SQUID para medir a região de transição do material supercondutor de um dispositivo TES. Para uma elevada estatística na região próxima do valor Q e importante um elevado número de decaimentos, o qual implica uma concentração elevada de 163Ho e de 162Er. A motivação deste trabalho consistiu em aumentar, uma ordem de grandeza, a concentração de ambos os isótopos, Ho e Er, em relação aos valores usados numa experiência anterior. Desta forma, é possível estudar os fenómenos inerentes ao processo de implantação e, ao se testar doses cada vez mais elevadas, de acordo com os requisitos de HOLMES, é possível optimizar o processo de implantação. Os parâmetros originalmente estabelecidos para implantação foram plenamente alcançados na experiência anterior, em 12 amostras, sem danos da amostra ou contaminação. Os resultados deste trabalho mostraram que não foi possível atingir os parâmetros de implantação conforme planeado e garantir uma elevada qualidade dos filmes. Além disso, os parâmetros de implantação foram fundamentais para no futuro contornar-se processos de sputtering na superfície do filme durante o processo de implantação e a degradação física e química das propriedades do filme.
Autores principais:	Guerreiro, Alexandra Furtado
Assunto:	Massa do neutrino Microcalorímetro TES Filmes finos Teses de mestrado - 2014
Ano:	2014
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	A experiencia Microcalorimeter Arrays for a Rhenium Experiment (MARE) tem como objectivo a medição da massa do neutrino do electrão com uma sensibilidade de 0.1eV e ser uma alternativa competitiva a experiencia KATRIN, que utiliza como detector um espectrómetro,. MARE usará a técnica de calorimetria, onde os absorvedores dos microcalorímetros serão constituídos por um isótopo com uma baixa energia de transição, Q, no decaimento beta. Esta experiencia ira usar o decaimento beta do isótopo 187Re, devido ao seu valor baixo de Q, a sua abundancia isotópica e reduzida capacidade térmica. O potencial deste isótopo para uma experiência calorimétrica na medição da massa do neutrino já foi demonstrada pelas experiências MANU e MIBETA. Alternativamente, HOLmium EC MEaSurement for electron neutrino mass measurement (HOLMES) foi desenvolvida pela colaboração MARE, onde a determinação directa da massa do neutrino será conseguida usando o processo de captura de electrões do isótopo 163Ho, devido ao seu baixo valor de Q e a sua pequena vida-média, utilizando, também, microcalorímetros criogénicos. O grande avanço da tecnologia microcalorimétrica e as suas aplicações devem‐se ao desenvolvimento dos microcalorímetros TES como espectrómetros de imagem. Hoje em dia, a tecnologia com microcalorímetros criogénicos pode ser usada numa experiencia de larga escala com excelente resolução de energia e de tempo. Os microcalorímetros de Sensor de Borda de Transição (TES) são a escolha para o detetor numa experiencia com o objectivo de medir o decaimento radioativo de captura de eletrões do holmio, fornecendo o valor da massa do neutrino do eletrão. Uma fonte de 163Ho incorporada num microcalorímetro TES para medição de massa do neutrino está em curso no âmbito da colaboração das experiencias MARE e HOLMES. Para optimizar os parâmetros do detector de HOLMES, é importante conhecer as alterações das propriedades térmicas do absorvedor quando implantado com 163Ho. Uma vez que o 163Ho é produto da activação de neutrões do 162Er, também é necessário conhecer os efeitos de érbio, quando incorporado no absorvedor. Particularmente, a propriedade de interesse e a capacidade térmica do Uma opção que está a ser investigada e a implantação do isótopo radioactivo num de ouro, dado que o ouro tem sido utilizado com sucesso em outras aplicações, e as suas características correspondem aos requisitos necessários para uma experiencia como HOLMES. Este trabalho, realizado no âmbito das atividades de I&D do projeto PTDC/FIS/116719/2010, consistiu na implantação de iões metálicos não radioativos de Ho e Er em filmes finos de ouro e na sua caracterização usando Analises de Feixe de Iões e a Análise de Difração de raio‐X, e também em medições de baixa temperatura, utilizando um refrigerador de diluição equipado com um SQUID para medir a região de transição do material supercondutor de um dispositivo TES. Para uma elevada estatística na região próxima do valor Q e importante um elevado número de decaimentos, o qual implica uma concentração elevada de 163Ho e de 162Er. A motivação deste trabalho consistiu em aumentar, uma ordem de grandeza, a concentração de ambos os isótopos, Ho e Er, em relação aos valores usados numa experiência anterior. Desta forma, é possível estudar os fenómenos inerentes ao processo de implantação e, ao se testar doses cada vez mais elevadas, de acordo com os requisitos de HOLMES, é possível optimizar o processo de implantação. Os parâmetros originalmente estabelecidos para implantação foram plenamente alcançados na experiência anterior, em 12 amostras, sem danos da amostra ou contaminação. Os resultados deste trabalho mostraram que não foi possível atingir os parâmetros de implantação conforme planeado e garantir uma elevada qualidade dos filmes. Além disso, os parâmetros de implantação foram fundamentais para no futuro contornar-se processos de sputtering na superfície do filme durante o processo de implantação e a degradação física e química das propriedades do filme.