TÉCNICAS EXPERIMENTALES V FÍSICA CUÁNTICA

Transcripción

1 TÉCNICAS EXPERIMENTALES V FÍSICA CUÁNTICA P1 Medida de la Constante de Planck. Efecto fotoeléctrico. RNB P2 Experimento de Franck-Hertz. Niveles de energía de los átomos RNB P3 Dispersión de Rutherford de partículas alfa por los núcleos atómicos SMM P4 Efecto Zeeman. Desdoblamiento de niveles atómicos en un campo magnético. SMM P5 Desintegración beta. Atenuación de electrones en un material. Medida del alcance. LGS P6 Estructura nuclear. Emisión gamma de diferentes radionúclidos. Efecto Compton. LGS P7 Estadística de las medidas (Poisson). Decaimiento Radiactivo: Medida de la constante de desintegración. AMP P8 Serie de Balmer del hidrógeno SMM P9 Difracción de electrones. Comprobación hipótesis de De Broglie SMM Profesorado: LGS Luis Goicoechea, SMM Saturnino Marcos, RNB Ramón Niembro, AMP Angel Mañanes (Departamento de Física Moderna)

2 RADIOPROTECCIÓN Manejo de sustancias radiactivas Radiaciones ionizantes: efectos biológicos Especies ionizadas tienen diferente bioquímica Muestras de muy baja actividad. Licencia CSN. Parcialmente encapsuladas Alfa:No encapsulada. P3: Rutherford. Campana de vacío Beta : Protegida delgada lámina de aluminio. P5 Gamma y Rayos X: Recipiente de Al o plástico P6 Neutrones: Irradiar con una sonda láminas de In P7 Utilizar siempre las pinzas adecuadas Mantenerse a distancia. Atenuación 1/R 2 Atención a radiación ultravioleta P1, P2,P4,P8,P9

3 P7.-Estadística de la Medidas en Radiactividad. Distribución de Poisson Distribución binomial. Probabilidad de obtener n éxitos al hacer N intentos, si la probabilidad de un éxito es p: N! Pp ( n N) = p (1 p) n!( N n)! n N n Distribución de Poisson: Límite de binomial cuando el número de intentos N tiende a infinito, y el número promedio de éxitos, m, es finito m=n p n m Pm( n) = lim Pp( n N) = e N n! pn = m m

4 La desintegración radiactiva es un proceso de Poisson Los procesos radiactivos siguen la distribución de Poisson: La probabilidad de éxito p: (probabilidad de desintegración de un núcleo por unidad de tiempo x intervalo de tiempo t) p = λ t La constante de desintegración λ es característica de cada núcleo El número de éxitos n es el número de desintegraciones que se producen en el intervalo de tiempo t el número de intentos, N, es el número de núcleos presentes, luego tiende a infinito (Número de Avogadro ) el número promedio de éxitos es finito m= N p Luego P m (n) es la probabilidad de obtener n desintegraciones en un cierto intervalo de tiempo t, si el valor promedio en ese intervalo es m P ( n) m = m n n! e m

5 ERRORES asociados a las medidas en RADIACTIVIDAD Las M medidas del número de desintegraciones ocurridas durante un tiempo t, n i (i=1,2,..m), siguen una distribución de Poisson alrededor del verdadero valor promedio m. n m i m Pm( ni) = e i = 1,2,... M n! i 2 1 M ( i ) ; σ lim M 1 M i= 1 s = n m Poisson = s = m Poisson! Desviación Estándar σ = m 1/2 Varianza σ 2 = m 68% de probabilidad de encontrarse a ±σ alrededor de la media m 95% ±2 σ m 99,7% ±3 σ m PROPAGACIÓN de ERRORES

6 Distribuciones de Poisson: Ejemplos Valores medios pequeños media (lambda) < 10 : Asímetrica. Valores medios grandes: Gaussiana con varianza igual a la media

7 Decaimiento Radiactivo La constante de desintegración λ es la probabilidad por unidad de tiempo de que un núcleo inestable decaiga a sus correspondientes productos λ es característica de cada núcleo radiactivo El número de núcleos radiactivos presentes en una muestra decae exponencialmente: N(t)=N(0) exp(- λt) El periodo de semidesintegración T 1/2 es el tiempo necesario para que se reduzca a la mitad una cierta cantidad inicial de núcleos radiactivos T 1/2 =ln(2)/λ.

8 Activación neutrónica Los núcleos estables pueden absorber neutrones y transformarse en núcleos radiactivos, inestables. La sección eficaz de absorción de neutrones depende de la energía de éstos y del material absorbente. Para neutrones de baja energía (térmicos, mev) las secciones eficaces de absorción son máximas. Los neutrones rápidos (MeV) producidos en una fuente de Am-Be se moderan (frenado) por colisiones en un medio hidrogenado.

9 Activación y Decaimiento R () ( λt Nt = 1 e ); N(0) = 0. λ Ct () = C(0) e λt

10 DETECTORES de radiaciones ionizantes Detector GEIGER (P5: Desintegración beta y P7:Estadística medidas) Alta eficiencia para betas, menos para gammas De ionización gaseosa No distingue energías de las partículas Señal: pulso de 3-5 voltios Importante atenuación en la ventana del detector Tiempo muerto grande: atención en caso de alta actividad

11 Detectores de Centelleo INa(Tl) Efectos fotoeléctrico y Compton 1. Los fotones ceden su energía a los electrones del detector - Totalmente: Efecto fotoeléctrico - Parcialmente: Efecto Compton - Produciendo pares e - e +, si la energía es E > 2m o c 2 2. Excitación del cristal. 3. Paso al estado fundamental: emite fotones en el visible 4. Fotones recogidos por el cátodo de un fotomultiplicador PTM 5. Multiplicación de los electrones en el PTM: pulso en voltaje 6. La altura del pulso es proporcional a la energía cedida a e- 7. Los pulsos se clasifican en un analizador multicanal

12 Detectores de Centelleo INa(Tl) Rayos X Pb Blindaje Pb Fotoelectrones desde el CÁTODO Respuesta Carga total en el ÁNODO Electrones Secundarios DÍNODO Blindaje Pb FOTOCATODO CENTELLEO Luz visible INa(Tl) Rebotes Compton Fuente Radiactiva

13 Detectores de Centelleo INa(Tl) Efectos fotoeléctrico y Compton Respuesta del detector = R-X Pb Rebotes Borde Compton Compton Fotoeléctrico Efecto Compton: colisión fotón --- e-