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1 ORGANIZACIÓN DOCENTE del curso DATOS GENERALES DE LA ASIGNATURA NOMBRE Detección experimental de radiaciones ionizantes PÁGINA WEB lc tp0/cobaltmainframe.do webct CÓDIGO 5553 DEPARTAMENTO Física Moderna PLAN DE ESTUDIOS LIBRE ELECCIÓN UC CURSO PROFESORADO Nombre Angel Mañanes Pérez CRÉDITOS ALUMNO Teóricos (1) Problemas (2) LUGAR DE IMPARTICIÓN Teóricos Problemas HORARIO PREVISTO(*) (*) Observaciones: Laboratorio Computador TOTALES Seminario Departamento Física Moderna Teóricos Cinco sesiones. Una al inicio de cada práctica (2 h) Problemas Laboratorio Laboratorio Radiactividad Sótano Facultad de Ciencias Laboratorio Una sesión semanal Lunes: 16:00-20:00 Consultar el cuadro que se expone en el tablón de anuncios. PRIMER CUATRIMESTRE: UNA TARDE SEMANAL (1) Se corresponde con clases magistrales de teoría en aula (2) Se corresponde con clases prácticas (problemas, experiencias de cátedra,.) en aula Computador Computador 1

2 2. PROGRAMA DE LA ASIGNATURA Realización en el laboratorio de al menos CINCO de las diez experiencias siguientes I) Radioprotección y dosimetría de radiaciones ionizantes. Variación de la dosis con la distancia. II) Estadística de las medidas en radiactividad. Distribución de Poisson. III) Detector Geiger. Curva característica y tiempo muerto. Eficiencia. IV) Atenuación de partículas beta al atravesar un material. V) Atenuación de la radiación gamma. Medida de espesores. VI) Decaimiento de una muestra radiactiva. Activación con neutrones: Actividad de saturación. VII) Efiencia y resolución de un detector de centelleo INa(Tl) para gammas. Usando láminas de Indio activadas. VIII) Detección de partículas alfa. Frenado y alcance de las partículas alfa. IX) Eficiencia y resolución de un detector de Ge intrínseco. Espectros de rayos X característicos. X) Contador proporcional. Detector alfa-beta de bajo fondo. Sistema de anticoincidencias. Asignaturas que se recomienda al alumno haber cursado o estar cursando La asignatura está dirigida a estudiantes de cualquier Licenciatura o estudios de Grado (tanto científica como humanística) y de cualquier ingeniería o ingeniería técnica, que muestren interés por estos temas y que haya cursado previamente los créditos equivalentes a dos años de su carrera ( Créditos). Especialmente indicada para estudiantes de Ingeniería, Medicina y de Prehistoria e Historia del Arte interesados en métodos físicos aplicados en sus disciplinas. 3. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA - El objetivo general es acceder de forma práctica y operacional a los diversos conceptos y a los instrumentos involucrados en la caracterización y detección de isótopos radiactivos - Conocer los conceptos elementales que describen los procesos radiactivos: Isótopos radiactivos, constante de desintegración, vida media, actividad, decaimiento exponencial, etc - Conocer cómo se producen las emisiones alfa, beta, gamma y los neutrones en la transformación de los núcleos radiactivos - Conocer los mecanismos de producción de rayos X: Fluorescencia de rayos X - Conocer los mecanismos fundamentales de la interacción entre las radiaciones ionizantes y la materia - Conocer los principales detectores usados para medir la presencia de radiaciones - Conocer el concepto de eficiencia de un detector y su importancia para realizar medidas cuantitativas de la actividad radiactiva - Conocer conceptos elementales del tratamiento de errores asociados a este tipo de medidas - Conocer las medidas de radioprotección elementales en un Laboratorio de radiactividad - Manejar los diferentes detectores: Geiger y contador proporcional; detector de centelleo NaI(Tl), detectores semiconductores para alfas y gammas. Realizar su calibrado en energía y en eficiencia - Realizar la medida cualitativa (qué isótopos) y cuantitativa (en qué cantidad) de la actividad de una muestra - Conocer el funcionamiento de un analizador multicanal para procesar las señales producidas por los detectores 2

3 4. OBJETIVOS ESPECIFICOS: APTITUDES/DESTREZAS Cada experiencia de las propuestas tiene marcados sus objetivos específicos: I) Conocer las unidades utilizadas en dosimetría y los máximos permitidos. Comprobar la ley 1/r 2 de variación de la dosis con la distancia. Usar un dosímetro y calibrar un detector Geiger para su uso como dosímetro. II) Comprobar que la distribución de las medidas de la actividad radiactiva sigue la ley estadística de Poisson. A cada medida directa se le puede asignar como desviación estándar el valor de su raíz cuadrada. Uso de un detector Geiger o de NaI(Tl) y de un analizador multicanal. III) Estudio de las propiedades de un detector de ionización gaseosa: el detector Geiger. Tipo de señal IV) que produce. Factores que influyen en la eficiencia. Efecto del tiempo muerto de un detector. Estudio del comportamiento de las partícula beta emitidas por una fuente radiactiva al atravesar un material. Concepto de alcance. Medida de la energía máxima del espectro beta y caracterización del emisor correspondiente. Balance energético en el proceso de decaimiento beta. Uso de un detector Geiger con su contador asociado. V) Comprobación de la ley exponencial para la atenuación gamma en un material. Medida del coeficiente de atenuación para diferentes energías y materiales metálicos. Uso de un detector de centelleo NaI(Tl) y sistema multicanal asociado. VI) VII) VIII) IX) Descripción del proceso de activación neutrónica. Formación de un isótopo radiactivo y medida de su periodo de semidesintegración. Detector Geiger o de NaI(Tl) y analizador multicanal funcionando como multiescala. Medir la eficiencia intrínseca de un detector de centelleo en función de la energía de los gamma usando láminas de Indio. Medir la resolución del detector. Medir la atenuación de partículas alfa al atravesar un material. Frenado y dispersión en energía. Comprobación de la fórmula de Bethe. Uso de un detector semiconductor en una cámara de vacío con un multicanal asociado. Medir la eficiencia intrínseca y absoluta de un detector de Ge-Intrínseco usando láminas de In activadas y muestras calibradas, respectivamente. Analizar la producción de rayos X y determinar la presencia de oro en un material. Uso de un detector semiconductor para gammas y el multicanal asociado. X) Usar un contador proporcional para alfas y betas con sistema electrónico para reducir el fondo ambiental. Medida de la actividad de una muestra natural reducida a cenizas. Eficiencia absoluta del detector y factores que la determinan. 5. BIBLIOGRAFÍA Básica R. A. Serway, Física, Mc-Graw Hill, 4ª Edición, México, P. A. Tipler, G. Mosca, Física para la Ciencia y la Tecnología 5ª Edición,Barcelona, Reverté, R. M. Eisberg y R. Resnick, Física Cuántica: átomos, moléculas, sólidos, núcleos y partículas, México, Limusa, Se entregará un guión de Prácticas a cada estudiante Complementaria A. Beiser, Concepts of Modern Physics, MacGraw, 1987 M. Alonso y E.J. Finn, Física. Vol III. Fundamentos Cuánticos y Estadísticos, Addison-Wesley Iberoamericana,1986. J. J. Brehm and W. J. Mullin, Introduction to the structure of matter: a course in modern physics, New Cork, Willey, 1989 Textos elementales de Radiactividad y Física Nuclear 3

4 6. ACTIVIDADES A DESARROLLAR EN LA ASIGNATURA La asignatura tiene carácter plenamente experimental y se sólo se comentarán aquellos aspectos de los fundamentos físicos que tengan que ver con las experiencias a realizar en el Laboratorio. El alumnado presentará al menos cinco memorias escritas, de extensión limitada a seis-ocho páginas, de otras tantas experiencias realizadas en el Laboratorio. En ellas se expondrán los resultados obtenidos en las medidas propuestas y se contestará a las cuestiones que se planteen en los guiones correspondientes. Cada una de las experiencias puede realizarse en una sesión de un máximo de cuatro horas, bajo la tutoría del profesor. Durante una segunda sesión se elaborarán los datos obtenidos, presentando los gráficos que sean necesarios y realizando los ajustes numéricos correspondientes. Los métodos numéricos a emplear son elementales y se utilizará un programa del tipo hoja de cálculo o equivalente. La memoria se presentará quince días después de realizada la experiencia correspondiente, antes de iniciar una nueva experiencia. 7. MÉTODO DE EVALUACIÓN Establecer el peso en porcentaje que tiene en la evaluación de la asignatura la parte de la evaluación continua, y la correspondiente a la prueba del examen final. Descripción de la evaluación continua: actividades que debe desarrollar el alumno y su valoración 1) Será imprescindible asistir a los seminarios de presentación de las experiencias que se han de realizar. Es probable que estos seminarios se desarrollen en el mismo Laboratorio. 2) Se valorará el trabajo en el Laboratorio: Organización de la toma de datos, realización ordenada y sistemática de los pasos propuestos en las experiencias, reducción cuidadosa de los datos y su tratamiento numérico 3) Se calificarán las, al menos cinco, memorias presentadas: estructuración ordenada, claridad en la presentación, concisión de los resultados obtenidos, respuestas a las cuestiones planteadas. (50 %) 4) Será imprescindible realizar tanto la sesión de toma de datos como la segunda sesión de análisis y cálculos correspondientes, para cada una de las cinco experiencias a realizar por el alumnado. La realización de estas diez sesiones satisfactoriamente, con una toma de datos en bruto y su primer análisis, bastaría para obtener la calificación de aprobado. (50%) Descripción del examen final (duración, se pueden llevar apuntes o no, tiene partes diferenciadas o no, se promedian teoría y problemas o no, etc). No se realizarán exámenes. 4

5 8. OBSERVACIONES En la sesión inicial en el Laboratorio se hará especial hincapié en los aspectos de seguridad que han de tenerse en cuenta. Esta sesión durará un tiempo mínimo de 60 minutos y al final de la misma el alumnado firmará la conformidad de haber recibido las instrucciones de seguridad que se detallan a continuación. I) Normas elementales de radioprotección I.1) Zonas de permanencia limitada I.2) Tipos de fuentes radiactivas que se van a manejar y su posible peligrosidad I.3) Armarios de almacenamiento de las muestras I.4) Utilización de pinzas para el manejo de las muestras I.5) Manejo de pequeños blindajes individuales para cada muestra I.6) Valores típicos de la dosis en diversas zonas del Laboratorio I.7) Indicación de las dosis máximas admisibles, según la legislación I.8) Características de la fuente de neutrones I.9) Uso de pinzas largas para colocar las muestras a irradiar en la fuente I.10) No se puede comer ni beber dentro del laboratorio II) Normas a seguir en caso de que ocurra algún incidente II.1) Puertas de emergencia II.2) Teléfonos de socorro y seguridad II.3) Reglas elementales de primeros auxilios II.4) Localización de los extintores y reglas elementales para su manejo II.5) Localización del cuadro eléctrico y forma de conectar y desconectar III) Normas para el manejo de blindajes pesados III.1) Reglas para la apertura y cierre de los diversos blindajes del Laboratorio III.2) Uso de la grúa hidráulica, por parte del profesor III.3) Uso del polipasto eléctrico, por parte del profesor III.4) Uso de la carretilla elevadora mecánica III.5) Zonas de permanencia prohibida cuando se mueven elementos pesados IV) Normas sobre las botellas de gases presentes en el Laboratorio IV.1) Precauciones para el manejo de los criostatos con nitrógeno líquido IV.2) Precauciones con la botella de gas PR del contador proporcional IV.3) Acceso a las ventanas para ventilación IV.4) Uso de la campana de gases asociada a la estufa de secado V) Normas para el uso de la estufa de secado V.1) Recipientes a utilizar para el secado de muestras VI) Normas elementales para evitar riesgos eléctricos VII) Ante cualquier duda en los procedimientos de seguridad, el alumnado debe dirigirse al profesor responsable del Laboratorio, poniendo también en su conocimiento los posibles fallos que pudieran detectarse. 5

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