PERIODO DE SEMIDESINTEGRACION RADIACTIVA

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1 Universia acional Autónoma e Honuras UAH-VS Experimento o. 4 PERIODO DE SEMIDESITEGRACIO RADIACTIVA OBJETIVOS Manejar un contaor Geiger-Muller como instrumento para meir raio activia. Meir la raiación e fono ( el meio ambiente). Ver la naturaleza probabilista e la raio activia. Comprobar la ley e la esintegración raiactiva y meir el perioo e esintegración e 137 Ba excitao. Materiales y equipo Tubo contaor e Geiger-Muller, contaor igital, cable BC, tabla básica para experimentos e la raio activia soporte magnético para tubo e contaor, cronómetro, cubeta e Petri, generaor e isotopos ( 137 C s, 137 Bα). Teoría La esintegración raiactiva (ó ecaimiento raiactivo) e un elemento raiactivo se caracteriza por la raiación emitia, encontránose tres tipos: a) Decaimiento α. b) Decaimiento β. c) Decaimiento γ. Decaimiento α: Se emite una partícula α, la que está constituia por 2 neutrones y 2 protones. Esto significa que el átomo principal piere 4 uniaes e masa atómica y por los protones piere 2 números atómicos. Utilizano la notación siguiente: m z E one: m - número másico, z - número atómico y E - elemento. Se puee, entonces, caracterizar la partícula α con 4 2α Un ejemplo e un ecaimiento α es el raio ( Ra) : R n R n α one R n : el gas noble Raón. Decaimiento β: se emite la raiación β. Estas partículas son electrones. Como la masa el electrones espreciable en comparación con la e un protón o neutrón, se caracteriza con un numero másico cero, pero como lleva una carga elemental negativa, el núcleo gana una carga positiva en este ecaimiento como muestra el ejemplo e la esintegración β el carbono 14: 14 6 C βα one C y Carbono y itrógeno respectivamente. Decaimiento γ: Se emite la raiación γ, constituia e fotones e alta energía - por lo que pertenece a raiaciones electromagnéticas. La raiación γ tiene una energía mas alta que la raiación X. Como un fotón no tiene masa ni carga, en este ecaimiento el nucleo mantiene tanto su numero másico como su numero atómico y sólo se convierte un estao excitao al estao funamental. Un ecaimiento γ a menuo acompaña un ecaimiento α ó β Ba Ba γ one B a enota al estao excitao el Bario. Toas estas reacciones nucleares ocurren al azar. Esto significa que e un eterminao núcleo inestable no se puee ecir cuano ecaerá a otro núcleo. Pero la probabilia e un Decaimiento tiene un valor, que se puee meir e una cantia grane e átomos raiactivos. Esta probabilia e ecaer e un eterminao elemento raiactivo se representa meiante el

2 Universia acional Autónoma e Honuras UAH-VS Experimento o. 4 períoo e semi esintegración T 1. Por ejemplo, el mencionao ecaimiento 14 C, espués e años solo quea 0.5 g mientras la otra mita se habrá convertio a 14. Consecuentemente espués e otros 5730 años e este meio gramo habrá ecaío otra mita y entonces sólo queara 1 4 g. Este hecho se puee expresar matemáticamente meiante una función exponencial: m = m 0 e λt = m 0 e t τ (1) τ = T 1 2 ln2 m : masa el elemento raiactivo m 0 : masa inicial el elemeto raiactivo λ : coeif iente e ecaimiento t : tiempo τ : via meia T 1 2 : períoo e esintegración Partieno e la efinición el perioo e semi esintegración se puee emostrar que la masa m se puee expresar e la siguiente forma: m = m 0 ( 1 2 ) t T 12 (2) Sustituyeno para t los valores T 1 2, 2T 1 2, 3T 1 2,..., como se esperaba el análisis anterior. La ecuación (2) permite aemás. calcular la masa para tiempos que no son múltiplos enteros el períoo e semi esintegración. La activia R e una prueba raiactiva se efine por el número e ecaimientos (esintegraciones) por unia e tiempo. R = t (3) R : activia e la prueba : numero e ecaimientos en el intervalo e tiempo t: intervalo e tiempo Si e cierta prueba se observan 600,000 esintegraciones en 10 minutos entonces se tiene una activia e: R = = 1000 Bq = xxx mci 10x60 Lo anterior nos quiere ecir que caa seguno se observan 1000 ecaimientos, porque estos aparecen al azar lo cual significa que se pueen observar en un seguno 950 esintegraciones, en otro seguno posiblemente se observen Pero para tiempos suficientemente largos siempre resultará una activia meia e 1000 Bq. La activia epene únicamente e la cantia el elemento raiactivo, y obeece la misma ley e ecaimiento: R = R 0 e t τ (4) R 0 : activia inicial Se puee comprobar esta ley miieno la activia e una prueba raiactiva en función el tiempo. PROCEDIMIETO EXPERIMETAL 1. Precausiones. En el experimento se trabajan con elementos raiactivos y la raiación respectiva. o existe ninguna osis raiactiva que se puea consierar absolutamente inofensiva eso significa que

3 Universia acional Autónoma e Honuras UAH-VS Experimento o. 4 hay que evitar toa exposición innecesaria. Por el peligro alto e sustancias raiactivas en el cuerpo, hay que evitar cuiaosamente el contacto irecto con éstas y su incorporación por respiración o comia. De estos principios funamentales se eucen las instrucciones siguiente: a) o manejar sustancias raiactivas sin la vigilancia y el permiso el instructor. b) Dejar las cosas personales, especialmente comia y bebia, lejos e la mesa experimental. c) o fumar ni usar cosméticos. ) Mantener una istancia grane a la prueba raiactiva, acercánose solo cuano sea necesario. ( La intensia e la raiación isminuye con el cuarao e la istancia a la prueba ) e) Si alguien tiene contacto con sustancias raiactivas, inmeiatamente ebe lavarse cuiaosamente la región respectiva. f) Después e terminar las meiciones con la prueba e Ba-137 peir que el instructor guare la prueba raiactiva. (Hasta espués e aproximaamente meia hora la activia ha isminuio tanto que se puee echar la prueba a la canalización). 2. El tubo contaor Geiger-Muller: Este tubo es un ispositivo eléctrico para meir raiaciones raiactivas e cualquier tipo. Si una partícula ( α, β ó γ) pasa el tubo, éste a un impulso. Estos impulsos se pueen contra para tener un valor e la activia. 3. Activia el meio ambiente (activia e fono): Por la raiación cósmica y la presencia e pequeñas cantiaes raio activia en el meio meio ambiente, siempre se puee meir una activia. A esta se le llama activia e fono. Montar el tubo e contaor e Geiger-Muller en el soporte respectivo con el extremo sensible hacia abajo con una istancia aproximaa e 4 cm e la tabla básica (ver figura 2). Quitar el tapón e seguria el tubo. Ver la naturaleza probabilista e la raio activia. Determinar la activia e fono utilizano el tubo e contaor Geiger-Muller y el contaor igital. Se mie cinco veces el número e impulsos que a el tubo contaor e Geiger-Muller en un minuto. Utilizar un cronómetro para eterminar el tiempo y poner en cero el contaor antes e caa meición. Hacer lo mismo pero solo una vez para un intervalo e 5 min. Anotar los resultaos en la tabla El generaor e isotopos 137 Csl 137 Ba En el generaor e isotopos utilizano en este experimento hay una cantia e sustancia mare raio activia 137 Cs que hace un ecaimiento β con perioo e esintegración e 30 años: Cs Ba β El bario-137m, la sustancia hija se encuentra en un estao excitao que ecae en un ecaimiento γ al estao funamental con un perioo e semi esintegración mucho mas corto:

4 Universia acional Autónoma e Honuras UAH-VS Experimento o Ba Ba γ El generaor e isotopos sirve para guarar la sustancia mare y permite obtener meiante un proceso e solución, la sustancia hija. Así se obtiene una prueba raiactiva con un perioo e semi esintegración corto. 5. Perioo e semi esintegración e Bario-137 m: a) Ejercitar el uso el contaor con el cronometro como necesario para esta parte el experimento, primero sin prueba raiactiva y mostrar al instructor que se enomina. b) Peir al instructor una prueba fresca e Bario-137 m. c) Poner ebajo e tubo y arrancar el cronómetro y el contaor al mismo tiempo. ) Detener el contaor espués e 10 s y anotar el valor mostrao (no ebe etenerse el cronómetro). e) Poner el contaor en cero. f) Repetir la meición e la activia caa 30 s hasta t = 10 min. (Entonces, se cuentan los impulsos para t = S; s; s;...) g) Anotar los resultaos en la tabla 2. Análisis e interpretación Activia e fono: Determinar para caa meición la activia en impulsos/min y Bequerel (Bq) (Tabla 1). Determinar la activia meia para las meiciones e 1 minuto y comparar con el valor meio urante 5 minutos. Explicar. Determinación el períoo e semi esintegración el 137m Ba : Utilizar para los valores siguientes la tabla 3. Qué activia en Bq miió para caa intervalo? Dibujar en papel milimétrico la activia en función el tiempo, R(t). Representación una función exponencial los valores? Determinar el períoo e semi esintegración T 1 2 el gráfico log-lin e la manera siguiente: - Dibujar una línea recta por los puntos meios. - Determinar la intersección con el eje R R 0. - Buscar el tiempo que correspone a R0 2. Calcular la via meia τ e la sustancia. Con estos valores e R 0 y τ, añair al primer gráfico la función teórica según la ley e la esintegración raiactiva (Ecuación 4). Discutir los gráficos.

5 Universia acional Autónoma e Honuras UAH-VS Experimento o. 4 Tabla 1: Meición e la activia e fono: # Meición t (Min) R = t Tabla 2: Meición e la activia el 137 Ba en función el tipo: # Meición R = t # Meición R = t # Meición R = t # Meición R = t Activia e fono Tabla I: Absorción e la raiación e 226 Ra en aluminio (istancia entre la prueba y el tubo: 3 cm; tiempo e meición: 1 min ): I=-R 0 Tabla II: Absorción e la raiación γ e 226 Ra en plomo (istancia entre la prueba y el tubo: 3 cm; 3 e aluminio para absorber la raiación α y β ; tiempo e meición: 2 min) I = 2 R 0 Tabla III: Disminución e raiación con la istancia e la fuente (3 e aluminio para absorber la raiación α y β; tiempo e meición:2 min) (cm 2 ) (S) I = 2 R 0

6 Universia acional Autónoma e Honuras UAH-VS Experimento o (cm 2 ) (S) I = 2 R (cm 2 ) (S) I = 2 R 0