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Linha de Luz Jatobá

A linha de luz JATOBÁ está sendo construída para produzir um feixe de raios X de alta energia e alto fluxo de fótons, focalizado em dimensões micrométricas e será dedicada ao estudo de uma ampla gama de materiais utilizando a técnica de espalhamento total de raios X.

A técnica de espalhamento total abrange tanto a difração de Bragg, proveniente das estruturas cristalinas, quanto o espalhamento difuso, que está relacionado aos efeitos de ordem de curto alcance e sem a necessidade de ordenamento cristalino. O sinal obtido a partir do experimento de espalhamento total é usado para obter a função conhecida como PDF (do inglês, Pair Distribution Function) ou Função de Distribuição de Pares. A função PDF é uma função oscilatória e cada pico representa em r (distância interatômica) a probabilidade de se encontrar um par de átomos e é pesada pelo poder de espalhamento do par de átomos [1]. Assim, a partir de experimentos de espalhamento de total na linha Jatobá e o cálculo da função PDF, será possível obter informações da ordem local de materiais amorfos e nanoestruturados, como distâncias interatômicas, graus de desordem e coordenação. [1].

JATOBÁ é essencialmente uma linha de luz de espalhamento de raios X, similar à linha PAINEIRA para difração de policristais. No entanto, para promover experimentos de espalhamento total de raios X e análise de PDF, fornecerá raios X de altas energias, entre 40 e 70 keV, correspondentes a comprimentos de onda curtos (0,3 a 0,17 Å), elevados Q (vetor espalhamento), entre aproximadamente 27 e 48 Å-1 , e elevado fluxo de fótons (1012ph/s/100mA em 40keV) na posição da amostra. Além disso, fornecerá celas de reação, infraestrutura de gases e acessórios análogos aos da linha Paineira para promover experimentos de espalhamento total de raios X das amostras em condições in situ e operando.

[1] Egami, T. & Billinge, S. J. L. (2012). Underneath the Bragg Peaks: Structural Analysis of Complex Materials, 2nd ed. Amsterdam, Elsevier.

CONTATO & EQUIPE

E-mail da Instalação: jatoba@lnls.br

Coordenação: Helio C. N. Tolentino
Tel.: +55 19 3512 1298
E-mail: helio.tolentino@lnls.br

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TÉCNICAS EXPERIMENTAIS

DIFRAÇÃO DE RAIOS X: XRD E MICRO-XRD

A difração de raios X (X-Ray Diffraction – XRD) é uma das técnicas mais estabelecidas e utilizada dentre as diversas técnicas que utilizam fontes de luz Sincrotron. Ao incidir num cristal os fótons de raios X são espalhados pelos elétrons que compõem o cristal e que se encontram distribuídos de forma periódica da estrutura cristalina. Esta periodicidade, na mesma ordem do comprimento de onda do raio X, funciona como uma grade de difração que espalha a luz de forma não homogênea. Para algumas direções, a luz espalhada contribui de forma construtiva gerando o que é denominada pico de Bragg, a disposição destes picos, juntamente com a energia do feixe incidente, permite determinar a posição relativa dos átomos que compõem o cristal. No caso de materiais compostos de uma infinidade desses cristais, em geral de dimensões micro ou nanométricas compondo um policristal, uma média sobre todo o material policristalino é feita e o difratograma se apresenta na forma de anéis de espalhamento em torno da direção do feixe incidente. Uma modelagem mais fina destes picos permite determinar não só a fase cristalina, mas também deformações na rede cristalina devido a condições de estresse e inclusões atômicas.

FUNÇÃO DE DISTRIBUIÇÃO DE PARES (PDF)

Além de poder coletar padrões de difração convencionais, como no caso da linha PAINEIRA, uma capacidade singular desta linha de luz é a possibilidade de sondar uma região mais ampla do espaço recíproco, devido à alta energia dos fótons associada à detectores de grande área. Isto resulta na técnica de espalhamento total. Nesta técnica, difratogramas resultantes de padrões de interferência de raios-X espalhados em materiais mal-ordenados podem ser modelados para determinar distâncias interatômicas, dando informação sobre a ordem de curto e médio alcance, complementar às medidas de longo alcance da difração em policristais [1].

MAPEAMENTO E TOMOGRAFIA

Com um feixe incidente de dimensões micrométricas, como é o caso da JATOBÁ, é possível mapear na amostra regiões com diferentes cristalinidades. Vários tipos de análises de materiais nano-estruturados e/ou mal-ordenados serão possíveis através de mapeamento 2D e 3D com resolução espacial micrométrica e contraste de ordem de curto, médio e longo alcance. Essas imagens são obtidas por meio da varredura de alta precisão no posicionamento da amostra em relação ao feixe micrométrica de luz síncrotron.

LAYOUT & ELEMENTOS ÓTICOS

Elemento Tipo Posição [m] Descrição
FONTE Dipolo (BC) 0 BC
ML1 Espelho Multicamada Toroidal 15 Extração e focalização da radiação
ML2 Espelho Multicamada Plano 28 Seleção fina da energia
SE Suporte de amostra 30 Manipulador e ambiente de amostras
DET Detector 32 Detector 2D

PARÂMETROS

A linha de luz JATOBÁ está projetada para utilizar a fonte BC selecionando três energias (E1, E2, E3) por meio de espelhos multicamadas.

Parâmetro Valor Condição
Faixa de energia [keV] 43
57
71
E1
E2
E3
Comprimento de onda [Å] 0,29
0,22
0,17
E1
E2
E3
Qmax-1] 22
28
37
E1
E2
E3
Resolução de energia (ΔE/E) [%] 0,89
0,41
0,21
E1
E2
E3
Fluxo de fótons [photons/s/100mA] 4,6 x 1012
3,5 x 1012
2,8 x 1011
E1
E2
E3
Tamanho do feixe [μm2] ~ 22 x 9,5 h x v – FWHM