Radioactividad - Prácticas - Técnicas experimentales en Física - Física, Study notes for . Universidad Pontificia de Salamanca - UPSA

Description: Apuntes del curso universitario de Técnicas experimentales en Física sobre la Radioactividad - Becquerel observó, que las sales de uranio eran capaces de reproducir las siluetas de ciertos objetos opacos colocados sobre unas placas fotográficas, aún cuando éstas estaban bien protegidas con papel negro. - Prácticas de Técnicas experimentales en Física
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University: Universidad Pontificia de Salamanca - UPSA
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Fundamento teórico

Los procesos de desintegración radiactiva.

Becquerel observó, que las sales de uranio eran capaces de reproducir las siluetas de ciertos objetos opacos colocados sobre unas placas fotográficas, aún cuando éstas estaban bien protegidas con papel negro.

A esta emisión espontánea se le denomina radiactividad. Las radiaciones emitidas por una sustancia radiactiva están formadas por partículas a, b, y radiación g.

Radiación a: está formada por núcleos de Helio, y su carga es positiva. Al ser partículas pesadas y cargadas, al atravesar la materia ejercen un fuerte proceso de ionización y pierden rápidamente su energía.

Radiación b: está formada por electrones o positrones. Al ser su masa menor que la de la partícula a y de carga unidad, su poder de penetración es considerablemente mayor que el de las partículas a, aunque es absorbida por unos pocos milímetros de metal.

Radiación g: es de naturaleza electromagnética. Al no tener carga eléctrica ni masa, su poder de penetración es mucho mayor que el de las partículas a y b. No es propiamente una desintegración, sino una desexcitación del núcleo de un estado a otro de menor energía y acompaña, generalmente, a los procesos de desintegración a y b.

Naturaleza de los procesos radiactivos

Las desintegraciones radiactivas transcurren al azar. El proceso de desintegración de un núcleo es un proceso estadístico. Un proceso de tales características viene descrito por la distribución de Poisson:

Pp(x , m) = mx e− m

x!

que nos da la probabilidad de observar x desintegraciones en un intervalo de tiempo Dt si el numero medio de desintegraciones en el mismo intervalo de tiempo es m. En esta distribución la desviación estándar es s = m. Nótese que:

. la distribución de Poisson es discreta

. depende solo de un parámetro, m , y

. es asimétrica.

Si el intervalo de tiempo es tal que m es del orden de 20 o mayor, la distribución de Poisson se aproxima a una distribución de Gauss:

Pg ( x, m,s ) = 1 e − 1 ( x−m)

2ps2

que da la probabilidad de observar x desintegraciones en el intervalo de tiempo Dt si el numero medio de desintegraciones en el mismo intervalo es m. Nótese que:

1

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. la distribución de Gauss es continua

.depende de dos parámetros, m y s, y

.es simétrica

Detección de la radiactividad.

Para detectar la radiación que emite una sustancia radiactiva puede utilizarse un contador Geiger−Müller. Este es un dispositivo que consta de un tubo cerrado con gas y dos electrodos entre los cuales se aplica una diferencia de potencial continua. La radiación que penetra en el tubo ioniza al gas y este se convierte, momentáneamente, en conductor eléctrico, fluyendo la corriente en el circuito. El impulso así originado es registrado por un contador.

El numero de cuentas detectadas ,x , dependerá, entre otros factores , de la actividad de la sustancia radiactiva y de la distancia de la muestra radiactiva el contador, r, ya que las partículas se emiten isotropamente y se distribuyen en superficies esféricas de área 4pr2. Así pues, tendremos que :

x = k 1

r2

de modo que la gráfica x= f(1/r2) será una línea recta de pendiente igual a la constante de proporcionalidad entre ambas magnitudes.

RESULTADOS

Estudio del fondo radiactivo: la distribución de Poisson

Dt = 10 s

i xi

cuentas/10 s f(xi) xif(xi) (xi−m)2f(xi) NPp(xi,m)

1 0 1 0 10'11 2'1

2 1 8 8 38'02 6'5

3 2 10 20 13'92 10'5

4 3 9 27 0'29 22'3

5 4 10 40 6'72 8'85

6 5 9 45 29'81 5'85

7 6 2 12 15'91 3'00

8 7 1 7 14'59 1'35

N = 50

x = 3'18 cuentas / 10 s s = 2'55 cuentas / 10 s

sx = 0'36 cuentas / 10 s (calculada) sx = 1'78 cuentas / 10 s (esperada)

m x = 3'18 + 0'36 cuentas / s Fondo radiactivo ambiental

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Determinación de la radiación emitida por el Ra−226

Canal

Cuentas Bin

Desde Hasta x Dx f(x) xf(x) (x−m)2f(x)

301 310 305'5 9 2 611 6357

311 320 315'5 9 0 0 0

321 330 325'5 9 0 0 0

331 340 335'5 9 1 336 696

341 350 345'5 9 1 346 268

351 360 355'5 9 1 356 41

361 370 365'5 9 4 1462 52

371 380 375'5 9 9 3380 5021

381 390 385'5 9 19 7325 10600

391 400 395'5 9 16 6328 18085

401 410 405'5 9 21 8516 39957

411 420 415'5 9 17 7064 48877

421 430 425'5 9 5 2128 20238

431 440 435'5 9 8 3484 43359

N = 100

x = 361'88 cuentas / 10 s s = 31'92 cuentas / 10 s

sx = 3'19 cuentas / 10 s (calculada) sx = 19'02 cuentas / 10 s (esperada)

m x = 361'88 + 3'19 cuentas / s

Ley del inverso del cuadrado de la distancia

Dt = 1 min

i di

( cm )

1/di2

( m−2) Cuentas e( Cuentas)

1 1 1'00 12101 110'00

2 2 0'25 6190 78'68

3 5 0'04 1147 33'87

4 7 0'02 566 23'79

5 10 0'01 330 18'17

* Tanto el histograma de Poisson, el de Gauss, y la recta del estudio de la ley del inverso del cuadrado de la distancia están en las ultimas paginas.

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