Nilberto Heder Medina.

No Instituto de Física da USP é oferecido regularmente um curso gratuito sobre Tecnologia do Vácuo a todos aqueles que estejam interessados em obterem uma iniciação profissional nessa tecnologia. Esse curso de difusão foi oferecido no IFUSP com grande sucesso no primeiro semestre de 2012, no segundo semestre de 2013, no primeiro semestre de 2015 e no segundo semestre de 2016, 2017, 2018 e 2023. O curso consta de dez aulas teóricas, cinco atividades experimentais de três horas, quatro seminários sobre materiais para vácuo, medidores de pressão e bombas de vácuo e duas aulas de simulação de sistemas de vácuo. Neste curso, serão apresentados os conceitos básicos da teoria cinética dos gases, necessários para o estudo de vácuo, assim como conceitos de velocidade de bombeamento, escoamento de gases nos regimes: molecular, viscoso e intermediário, bem como cálculo e conceito de condutâncias para o projeto de sistemas de vácuo. Serão discutidos sistemas de vácuo, medidores de pressão, bombas de vácuo, vazamentos reais e virtuais, materiais e fontes de gases associadas com seus respectivos modelos, tais como: gás do volume, desorpção térmica, difusão, permeação, vaporização, backstreaming, etc. As aulas teóricas são complementadas através da realização de experimentos específicos, vitais para a interação dos participantes com sistemas de vácuo, bem como para o aprendizado de tomada de atitudes durante o processo de escoamento de gases nos diferentes regimes. As atividades práticas são divididas em cinco conjuntos de experimentos. No primeiro conjunto de experimentos serão estudados medidores de pressão: pré-vacuo e alto-vácuo. Nos próximos dois conjuntos de experimentos serão feitas medições de velocidade de bombeamento em pré-vácuo e em alto vácuo e medidas de condutâncias de tubos. Nesse ciclo de experimentos serão estudados também sistemas com vazamentos reais e virtuais. Nesta etapa é dada uma atenção especial na metrologia das medidas das velocidades de bombeamento. Durante os experimentos os participantes deverão verificar os modelos teóricos e determinar as condutâncias com vazamentos real e virtual. No quarto conjunto de experimentos será estudada a detecção de vazamentos reais e virtuais com o auxílio de Detectores de Vazamentos. No quinto conjunto de experimentos serão apresentadas técnicas de confecção de filmes finos.

Este projeto visa a atualização e melhorias na linha de feixe denominada Sistema de Feixes Iônicos para IRradiações e Aplicações (SAFIIRA), instalada no Laboratório Aberto de Física Nuclear e Aplicações do Instituto de Física da USP. Esse projeto se baseia no estudo de materiais avançados e de sistemas eletrônicos complexos sob a influência de feixes de íons pesados. Serão estudados os fenômenos de coleta de carga induzida por íons pesados em semicondutores; os efeitos de radiação induzida por íons pesados em aços estruturais de interesse nuclear; os efeitos da radiação ionizante nas propriedades térmicas do grafite pirolítico altamente estruturado (HOPG) e em outros compostos nano estruturados de carbono. Além disso, serão realizados os testes para o desenvolvimento de detectores a serem embarcados em satélites, assim como os testes de sensores do tipo "Lower Gain Avalanche Detector" (LGAD), a serem utilizados no experimento ATLAS do Large Hadron Collider (LHC), e também os testes para o desenvolvimento de detectores de partículas para o estudo de mecanismo de reações nucleares.

Os objetivos principais desse projeto são baseados no desenvolvimento de metodologias para o estudo de efeitos não-destrutivos e destrutivos de feixes de íons pesados em dispositivos e sistemas eletrônicos. Para esses estudos será utilizada a canalização de feixes, instalada no Laboratório Aberto de Fisica Nuclear e Apiicações do Instituto de Física da USP. Essa linha de feixes pesados está apta a realizar ensaios de dispositivos eletrônicos candidatos a compor sistemas espaciais embarcados e componentes eletrônicos a serem utilizados em ambientes com alta radiação. Nesse projeto, serão estudadas as suscetibilidades de dispositivos eletrônicos aos efeitos devido a incidência de íons pesados, em particular o estudo de eventos singulares do tipo burnout em transistores de potência; testes das novas versões do chip SAMPA; testes dos sistemas eletrônicos a serem embarcados em satélites, desenvolvidos pelo Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer; testes de diodos pin e transistores de diferentes layouts e o estudo dos módulos transceptores de RF a serem utilizados em cubesats nacionais; testes dos programas de identificação, mitigação de erros e redundância em sistemas complexos, como dispositivos programáveis incluindo sistemas em chip (SoC) e lógica programável (FPGA), memórias, dispositivos comerciais e sistemas em desenvolvimento o que deverá permitir uma maior compreensão dos fenômenos físicos envolvidos e uma melhor avaliação da influência desses efeitos na durabilidade e confiabilidade dos dispositivos estudados. Neste projeto serão realizados também testes para o desenvolvimento de detectores de partículas para o estudo de reações nucleares.

A participação ao longo dos últimos anos das instituições paulistas de pesquisa em grandes colaborações de física de altas energias, em grande parte financiada pela FAPESP, tem apresentado resultados importantes para a ciência brasileira, como o desenvolvimento do chip SAMPA, um produto de alta tecnologia que hoje é empregado em diversos experimentos similares pelo mundo afora, e o estudo de aspectos fundamentais da natureza, como a origem da massa das partículas. Este projeto tem como objetivo subsidiar a participação dos grupos paulistas durante os próximos cinco anos nos experimentos ALICE e ATLAS, do acelerador LHC (Large Hadron Collider), e na colaboração para pesquisa e desenvolvimento em instrumentação nuclear, RD51, todos situados no laboratório europeu CERN. Ao agregar a participação paulista em três colaborações do laboratório CERN em um único projeto, busca-se otimizar os recursos tanto financeiros como humanos, aproveitando-se do conhecimento comum e complementar presente nessas três colaborações. A partir da vasta experiência adquirida por estes grupos nos últimos anos, tanto do ponto de vista da física como da engenharia, este projeto propõe investigar questões fundamentais do Modelo Padrão (MP), tanto no setor eletrofraco como da força forte, além de manifestações da física além do MP, buscando manter o protagonismo desempenhado até agora nessas colaborações. A pesquisa e desenvolvimento em instrumentação de detetores a gás do tipo MPGD (MicroPattern Gaseous Detectors) e detectores de silício ultrarrápidos representa uma parte significativa deste projeto, buscando uma consolidação da participação paulista no desenvolvimento de tecnologia de fronteira nessa área. Esta proposta visa uma participação relevante no design, construção e operação de novos sistemas de detectores nas colaborações mencionadas, além de contribuir para reduzir estrategicamente a dependência do país em relação à tecnologia de ponta para detecção de radiação e processamento de sinais. Esse objetivo será buscado a partir de diversos desenvolvimentos voltados para aplicações interdisciplinares, transferindo o conhecimento criado nesses experimentos de física de altas energias para outras áreas e atividades locais.

O objetivo deste projeto é o estudo de reações nucleares utilizando projéteis estruturados em clusters, fracamente ligados, tanto radioativos como estáveis. Este assunto de pesquisa é comum a vários pesquisadores que trabalham em física nuclear fundamental no Laboratório Aberto de Física Nuclear (LAFN) do IFUSP, que conta o Acelerador Pelletron Tandem 8MV e o sistema Radioactive Ion Beams in Brasil (RIBRAS). O sistema RIBRAS em operação desde 2004, e fornece feixes de íons radioativos leves produzidos por reações de transferência, como 6He, 8Li, 7Be, 10Be, 12B, and 8B, que são separados e focalizados por dois solenóides supercondutores. Está sendo proposto realizar experimentos onde a estrutura do cluster é claramente manifestada e será observada de forma exclusiva por meio da detecção em coincidência de dois clusters carregados emergindo da quebra, ou coincidência entre clusters carregados e raios #947; emitidos, para observar clusters excitados, um aspecto que tem muito interesse teórico. Já temos alguns telescópios de silício de grande área, com detectores pixelados, e modernos detectores de raios #947; cintiladores (tipo LYSO) com fotomultiplicadoras de silício (SiPM). Porém, visando realizar medidas experimentais em coincidência temporal (que normalmente apresentam baixas taxas de contagem) com boa estatística, precisamos aumentar a eficiência geométrica do nosso sistema de detecção, utilizando um número maior de detectores acoplados a módulos eletrônicos modernos.

Estudo dos efeitos de feixes de íons pesados e raios X em componentes eletrônicos e sistemas digitais

Aquisição de uma nova fonte de corrente para o eletroímã de grande porte (Switching Magnet) do acelerador Pelletron 8UD da Universidade de São paulo

Aquisição de uma nova fonte de corrente para o eletroímã de grande porte ME200 do acelerador Pelletron 8UD da Universidade de São Paulo

O Acelerador de Partículas Pelletron do Laboratório Aberto de Física Nuclear (LAFN) do IFUSP é um acelerador eletrostático tipo Tandem de 8 MV, fabricado pela empresa americana NEC (National Electrostatics Corporation) e instalado no Instituto em 1972. O Acelerador é um equipamento de grande porte, que permite a realização de experimentos de física nuclear básica e aplicada por diversos grupos de dentro e de fora da Universidade e do País. Nos últimos 5 anos foram finalizadas 5 teses de doutorado e 6 dissertações de mestrado, sendo publicados no período 22 artigos científicos. Os experimentos que a serem realizados são escolhidos de um conjunto de propostas enviadas anualmente a um Comitê de Avaliação de Projetos que se reúne para avaliar a importância científica e a viabilidade dos projetos. Um determinado número de dias de uso do Acelerador é alocado para cada experimento. Para possibilitar a realização dos experimentos, uma grande quantidade de equipamentos deve funcionar adequadamente, desde a produção do feixe, na fonte de íons, de onde são extraídas as espécies desejadas, passando por todo o caminho óptico iônico em alto vácuo, incluindo o estágio de aceleração propriamente dito e a análise do feixe, até o bombardeio do alvo onde virão a ocorrer as reações nucleares e atômicas de interesse. Havendo falha de equipamento em qualquer uma destas etapas, o experimento é interrompido até que a falha seja sanada, reduzindo o tempo útil alocado para o grupo. Assim sendo, a manutenção periódica e a substituição preventiva dos equipamentos é extremamente importante.

O estudo dos efeitos da radiação ionizante nos materiais usados em dispositivos eletrônicos é muito importante para o progresso global do desenvolvimento tecnológico, sendo a necessidade em algumas áreas estratégicas no Brasil. Os dispositivos eletrônicos são muito influenciados pela radiação ionizante e a utilização de dispositivos resistentes à radiação tem aumentado muito em várias áreas de pesquisa como no ambiente espacial ou mesmo em aceleradores de partículas. Várias agências aeroespaciais têm incentivado a comunidade científica e a indústria de semicondutores para o desenvolvimento de componentes tolerantes à radiação usando processos de fabricação para alcançar o máximo desempenho com redução de custos. Para compreender os fenômenos físicos responsáveis pelas alterações nos dispositivos expostos à radiação ionizante, experimentos são realizados utilizando vários tipos de radiação entre eles raios-X, raios gama, prótons, partículas alfa e íons pesados. Os efeitos da radiação ionizante sobre dispositivos eletrônicos são divididos basicamente em duas categorias: "Dose Total Ionizante" (TID), uma dose cumulativa que altera as características de dispositivos eletrônicos "Efeitos de Eventos Singulares" (SEE), um efeito que provoca um dano permanente ou pode causar um dano transitório ao depositar carga elétrica diretamente no dispositivo eletrônico e perturbar as suas propriedades. Neste trabalho propõe-se investigar o comportamento de dispositivos eletrônicos utilizando-se raios-X, feixes de prótons e feixes de íons pesados, produzidos pelos aceleradores do tipo Pelletron de 1.7 MV e 8.0 MV do Instituto de Física da USP.

Está sendo realizado um estudo da sistemática dos estados excitados de 
núcleos com núcleons de valência ocupando a camada pf, com possíveis 
excitações para os orbitais g9/2, d3/2 e g7/2. Em particular, está sendo 
estudada a importância do orbital g9/2 na estrutura dos núcleos 
ímpar-ímpar de gálio. Tais núcleos são produzidos a partir de 
reações de fusão-evaporação utilizando-se o acelerador 
Pelletron do IFUSP e o espectrômetro de raios gama 
SACI-PERERE. A interpretação das estruturas desses núcleos 
está sendo realizada através do Modelo de Camadas em Larga Escala.

Estudo dos estados de alto spin dos núcleos 104,106Rh, 103,104Ru e 106Pd, por meio de espectroscopia gama de reações com feixes de íons pesados fornecidos pelo acelerador Pelletron do IFUSP. Espera-se encontrar bandas dipolares magnéticas que constituem sondas para as previsões do modelo de Tilted Axis Cranking, incluindo a quebra da simetria quiral. Será utilizado o espectrômetro Saci-Pererê que produziu resultados inéditos recentes para os núcleos de 105Rh e 108Pd.

Estudos gerais envolvendo a radiação natural

O aprimoramento das técnicas experimentais com a utilização de espectrômetros gama e o desenvolvimento de modelos teóricos para a estrutura nuclear permitem verificar que os núcleos podem assumir uma grande variedade de formas. A alteração na forma nuclear resulta da competição entre as contribuições microscópicas e macroscópicas à energia total do núcleo. Em altas freqüências de rotação os núcleos podem alterar seus momentos de inércia, e também alterar a ocupação de alguns orbitais, que tendem a levá-los a assumir diferentes formas. Muitos fenômenos interessantes têm sido observados nos núcleos em alta freqüência de rotação, como por exemplo, o alinhamento de quasipartículas ao longo do eixo de rotação, a transição de estruturas oblatas, devido ao alinhamento de partículas, para estruturas coletivas prolatas, a polarização da forma provocada pelos núcleons de valência, a ocorrência de formas triaxiais, o aparecimento de bandas superdeformadas e a descoberta de rotações magnéticas, previstas pelo modelo de Tilted Axis Cranking. Para uma melhor compreensão e procura de novos fenômenos na estrutura nuclear são realizados estudos através da espectroscopia gama, nos quais são investigadas estruturas coletivas em núcleos e determinadas as propriedades eletromagnéticas de seus estados nucleares. As propriedades eletromagnéticas estão ligadas às distribuições de carga e correntes no núcleo e são dependentes das funções de onda do estado. Os momentos magnéticos são muito sensíveis aos graus de liberdade de partícula-única e suas medidas são indispensáveis para o estudo dos detalhes da estrutura intrínseca dos estados nucleares. Os momentos de quadrupolo elétricos estão relacionados com a deformação nuclear e indicam o grau de coletividade dos níveis nucleares.