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NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
LL LAA ABB BOO ORR RAA ATT TOO ORR RII I OO O
DD DEE E FF FÍÍ Í SS SII I CC CAA A
NN NUU UCC CLL LEE EAA ARR R YY Y DD DEE E
PP PAA ARR RTT TÍÍ Í CC CUU ULL LAA ASS S
CC Cuu urr r ss soo o 22 200 000 066 6// / 22 200 000 077 7
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
ÍNDICE
- INTERACCIÓN RADIACIÓN-MATERIA
-
PARTÍCULAS PESADAS CARGADAS
- ELECTRONES
- RAYOS GAMMA
- COMPARATIVA Y NEUTRONES
- DETECTORES DE RADIACIÓN
-
DETECTORES GASEOSOS
- DETECTORES CENTELLEADORES
- DETECTORES SEMICONDUCTORES
- ESPECTROS DE RADIACIONES NUCLEARES
-
ESPECTRO GAMMA
- ESPECTRO BETA
- ESPECTRO ALFA
INTERACCIÓN DE LAS
RADIACIONES IONIZANTES
CON LA MATERIA
Ante
s de c
omenza
r co
n el e
studio
del f
unci
onam
iento
de lo
s dete
ctor
es
em
ple
ados
en e
l la
bora
torio d
e f
ísic
a n
ucl
ear
y lo
s esp
ect
ros
de las
radia
ciones
nucl
eare
s que s
e p
ueden r
egis
trar
co
n e
llos,
es
nece
sario i
ntroduci
r alg
unos
conc
epto
s bási
cos
sobre
la in
tera
cció
n de la
s ra
dia
ciones
con la
mate
ria.
Tal c
omo s
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erá
, depen
die
ndo d
el t
ipo d
e radia
ción q
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e est
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onsi
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ndo,
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fect
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inci
palm
ente
ioniz
ante
) de é
stas
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la
m
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ria
variará
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ble
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princi
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e d
ete
ctor
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em
ple
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será
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tinto
.
PARTÍCULAS PESADAS
CARGADAS (α ααα)
Aunque
la
dis
pers
ión
(o
scat
tering)
coulo
mbia
na
de
partíc
ula
s ca
rgadas
por
lo
s núcl
eos
(lla
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ing
de
Ruth
erfor
d)
es
un p
roce
so i
mportant
e e
n f
ísic
a n
ucl
ear, t
iene
poca
in
fluenci
a en la
pérd
ida de energ
ía de la
s partíc
ula
s ca
rgadas
a lo larg
o d
e s
u t
raye
ctoria d
entro d
el dete
ctor. E
sto
es
debid
o a
que los
núcl
eos
del m
ate
rial del dete
ctor
ocu
pan
sola
mente
en torn
o a
10
-15
del vo
lum
en d
e s
us
áto
mos,
es
del
ord
en
de
10
15
vece
s m
ás
pro
bable
par
a
una
partíc
ula
el
colis
ionar
con un ele
ctró
n que co
n un núcl
eo.
Por
tanto
, el
meca
nis
mo d
e p
érd
ida d
e e
nerg
ía d
om
inante
para
las
partíc
ula
s
1
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 3
carg
adas
es
el
scat
tering
coulo
mbia
no
por
los
ele
ctro
nes
ató
mic
os
del d
ete
ctor
.
La c
onse
rvaci
ón d
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energ
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el m
om
ento
en u
na c
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ión
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al
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ula
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M y
un
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na p
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e e
ner
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cin
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ula
de:
Para
una partíc
ula
alfa
de 5 M
eV (v
alo
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o en la
s desi
nte
gra
ciones
alfa
), e
sta c
ant
idad e
s de 2
.7ke
V. Por ta
nto, se
pueden d
educi
r in
media
tam
ente
4 c
onc
lusi
ones:
1 –
Ocu
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uch
os
mile
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suce
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ula
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na c
olis
ión fro
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l m
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ble
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En
la
mayo
ría
de
las
colis
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est
a
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ida
de
energ
ía s
erá
muc
ho m
eno
r).
2 –
En u
na c
olis
ión e
ntre u
na p
artíc
ula
pesa
da c
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ada y
un
ele
ctró
n,
la
par
tícula
ca
rgada
es
desv
iada
un
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desp
reci
able
, por
lo
que
la
partíc
ula
si
gue
una
traye
ctoria
prá
ctic
amente
rect
ilínea.
Trayectorias de partículas a de la
desintegración del 210Po en una
cámara de niebla.
3 –
Debid
o a
que
la f
uerz
a c
oulo
mbia
na t
iene u
n a
lcance
in
finito
, la
partíc
ula
inte
racc
iona s
imultá
neam
ente
con m
uchos
ele
ctro
nes
y por
tanto
, pie
rde s
u e
nerg
ía d
e u
n m
odo g
radual
pero
contin
uo a
lo la
rgo d
e s
u tra
yect
oria. D
esp
ués
de v
iaja
r un
cierta d
ista
nci
a, habr
á p
erd
ido toda
su e
ner
gía
; est
a d
ista
nci
a s
e denom
ina e
l alc
ance
de la p
artíc
ula
. el alc
ance
vie
ne d
ado p
or
el tip
o d
e la p
artíc
ula
, su
energ
ía y
el tip
o d
e m
aterial en e
l que
penetra.
Para
partíc
ula
s pesa
das,
la v
ariaci
ón d
e lo
s va
lore
s en
torn
o a
l alc
ance
medio
es
muy
pequeño,
por
lo q
ue é
ste s
e
convi
erte e
n u
na
cantid
ad ú
til y
bie
n d
efin
ida.
4 –
La e
nerg
ía n
ece
sita
da p
ara
ioniz
ar
un á
tom
o (
i.e., p
ara
ext
raerle u
n e
lect
rón)
es
del
ord
en d
e 1
0 e
V,
por
lo q
ue l
a m
ayo
ría
de
las
colis
iones
trans
ferirá
n
sufic
iente
energ
ía
al
ele
ctró
n c
om
o para
ioniz
ar al á
tom
o.
ELECTRONES (β βββ)
Los
ele
ctro
nes
y lo
s posi
trones
inte
racc
ionan
m
edia
nte
sc
atter
ing c
oulo
mbia
no c
on los
ele
ctro
nes
ató
mic
os
del m
ism
o m
odo q
ue las
par
tícula
s pesa
das
carg
adas.
Hay,
sin
em
bar
go,
una s
erie d
e im
por
tant
es
dife
renci
as:
1 –
Los
ele
ctro
nes,
partic
ula
rmente
aquello
s em
itidos
en la
s desi
nte
gra
ciones
β v
iaja
n c
on v
elo
cidades
rela
tivis
tas.
2 –
Los
ele
ctro
nes
sufrirán gra
ndes
desv
iaci
ones
en la
s co
lisio
nes
con
otros
ele
ctro
nes,
y
por
tanto
, se
guirán
traye
ctorias
errátic
as.
El
alc
ance
(d
efin
ido co
mo la
dis
tanci
a lin
eal
de p
enetraci
ón e
n e
l m
ate
rial) s
erá
muy
dis
tinto
de l
a
longitu
d tota
l de la
tra
yect
oria q
ue
el e
lect
rón s
iga.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 4
3 –
En las
colis
iones
fronta
les
con o
tro
ele
ctró
n,
una g
ran
fracc
ión d
e l
a e
nerg
ía i
nic
ial
puede s
er
transf
erid
a a
l ele
ctró
n que r
eci
be e
l im
pact
o. D
e h
ech
o, hay
que
tener
en c
uenta
que
en e
stos
caso
s, n
o s
e p
uede d
istin
guir
en e
l est
ado fin
al c
ual d
e lo
s dos
ele
ctro
nes
era
inic
ialm
ente
el i
nci
dente
y c
ual e
l bla
nco
.
4 –
Debid
o a
que e
l ele
ctró
n s
ufre
rápid
os
cam
bio
s en l
a
direcc
ión y
en l
a m
agnitu
d d
e s
u v
elo
cidad,
est
á s
om
etid
o a
gra
ndes
ace
lera
ciones.
C
om
o la
s partíc
ula
s ca
rgadas
al
ser
ace
lera
das
em
iten r
adia
ción e
lect
rom
agnétic
a, es
tos
ele
ctro
nes
em
iten
una
radia
ción
conoci
da
com
o "B
rem
sstrahlu
ng"(
Exp
resi
ón a
lem
ana q
ue s
ignifi
ca "ra
dia
ción d
e frenado"
).
Dada la
natu
rale
za e
rrátic
a d
e s
u tra
yect
oria, es
un p
roce
so
difí
cil
el
cálc
ulo
del
alc
ance
de l
os
ele
ctro
nes.
Por
tant
o,
se
usa
n d
ato
s em
píric
os
de la a
bso
rció
n d
e h
ace
s de e
lect
rones
monoenerg
étic
os
para
obte
ner
la r
ela
ción a
lcance
-energ
ía p
ara
ele
ctro
nes.
RADIACIÓN
ELECTROMAGNÉTICA (γ γγγ)
Los
rayo
s G
amm
a y
los
rayo
s X
in
tera
ccio
nan co
n la
m
ate
ria
media
nte
tres
pro
ceso
s:
abso
rció
n
foto
elé
ctrica
, sc
atter
ing C
ompto
n y
crea
ción d
e p
are
s par
tícula
-antip
artíc
ula
.
EFECTO FOTOELÉCTRICO
En el
efec
to fo
toelé
ctric
o un fo
tón es
abso
rbid
o por
un
áto
mo
y uno
de
los
ele
ctro
nes
atóm
icos
(foto
ele
ctró
n)
es
libera
do.
(Nota
: Los
ele
ctro
nes
libre
s no
pueden
abso
rber
foto
nes
par
a c
umplir
sim
ultá
neam
ente
con la
cons
erv
aci
ón d
e la
energ
ía y
el m
om
ento
).La
energ
ía c
inétic
a d
el ele
ctró
n lib
era
do
es
igual a la e
nerg
ía d
el fo
tón inci
dente
menos
la e
nerg
ía d
e
enla
ce q
ue
tenía
el f
otoel
ect
rón:
La
pro
babilidad
de
abso
rció
n
de
un
fotó
n por
efec
to
foto
elé
ctrico
es
difí
cil d
e c
alc
ula
r, p
ero
a p
artir
de
los
resu
ltados
exp
erim
enta
les
se c
onoce
n s
us
prin
cipale
s ca
ract
eríst
icas:
•
Es
más
signifi
cativ
a p
ara
baja
s energ
ías
(~100 k
eV).
•
Aum
enta
rá
pid
am
ent
e co
n el
núm
ero
at
óm
ico Z del
mate
rial a
bso
rbent
e (~Z^4
).
•
Decr
ece
rápid
am
ent
e c
on la
energ
ía d
el f
otón (~Eγ^
(-3))
.
•
Aum
enta
bru
scam
ent
e y
de form
a d
isco
ntín
ua c
uando la
energ
ía c
oin
cide c
on l
a e
nerg
ía d
e l
igadura
de a
lguna c
apa
ató
mic
a (
K c
orresp
ondie
nte
a los
ele
ctro
nes
más
ligados
(n=1),
L c
orresp
ondie
nte
a (n=2)
, M
para
ele
ctro
nes
con (n=3)...
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 5
DISPERSIÓN COMPTON
La d
ispers
ión (sc
attering
) C
om
pton e
s el p
roce
so p
or el c
ual
un f
otón c
am
bia
de d
irecc
ión y
energ
ía a
l in
tera
ccio
nar
con u
n
ele
ctró
n a
tóm
ico c
asi
libre
que s
e lle
va la
energ
ía d
el f
otón.
Si
consi
dera
mos
al
ele
ctró
n c
omo l
ibre
y e
n r
eposo
(una
buena
apro
xim
aci
ón
dado
que
la
ener
gía
del
fotó
n
es
norm
alm
ent
e m
uch
o m
ayor
que las
baj
as
ener
gía
s de lig
adura
de
los
ele
ctro
nes
de
las
capas
ext
ern
as)
, ento
nce
s la
co
nse
rvaci
ón d
el m
om
ento
lineal y
la e
nerg
ía (usa
ndo d
inám
ica
rela
tivis
ta) nos
da:
Los
foto
nes
dis
pers
ados
varían e
n s
u e
nerg
ía d
ependie
ndo
del ángulo
Θ d
e d
ispers
ión d
esd
e e
l ca
so Θ
~ 0
, E'γ
» E
γ hast
a Θ
~π
, E'γ
» 1
/2.m
c² »
0.2
5M
eV.
PRODUCCIÓN DE PARES
El te
rcer
pro
ceso
de inte
racc
ión d
e u
n fot
ón e
nerg
étic
o c
on
la m
ate
ria e
s el de p
rodu
cció
n d
e p
are
s, e
n e
l que u
n fot
ón e
n pre
senci
a de un át
om
o puede desa
pare
cer
creando un par
ele
ctró
n-p
ositr
ón:
γ -->
e-e
+.
El b
ala
nce
energ
étic
o v
iene d
ado p
or:
Exi
ste, por
tanto
, una e
nerg
ía u
mbra
l por
debajo
de la c
ual
no p
uede d
arse
est
e pro
ceso
: Em
in =
2m
c² =
1,0
22M
eV.
Com
o e
n el c
aso
de la
abso
rció
n foto
elé
ctrica
, est
e p
roce
so
requie
re p
ara la
conse
rvaci
ón d
el m
omento
la p
rese
nci
a
cerc
ana d
e un
áto
mo m
asiv
o, pero
la e
ner
gía
de retroce
so d
ada
al á
tom
o es
desp
reci
able
com
par
ada c
on lo
s té
rmin
os
de la
ecu
aci
ón.
Importancia
relativa de los tres
procesos en función
de la energía y el
material absorbente.
Com
o s
e a
pre
cia e
n e
l grá
fico, la
pro
ducc
ión d
e p
are
s lle
ga
a s
er dom
inant
e ú
nic
amente
par
a e
ner
gía
s su
periore
s a
5 M
eV.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 6
COMPARATIVA ENTRE
PARTÍCULAS α,e-,γ,n
Est
udia
ndo
la
pérd
ida
de
inte
nsi
dad
de
un
haz
monoenerg
étic
o
de
1M
eV
de
partíc
ula
s alfa
, ele
ctro
nes
y ra
dia
ciones
γ en un m
onta
je exp
erim
enta
l co
mo el
indic
ado
ante
riorm
ente
, obt
endríam
os
un
resu
ltado
com
o e
l que a
par
ece
en la
sig
uie
nte
fig
ura:
Comparativa de las atenuaciones para partículas α,
electrones y fotones γ
La inte
nsi
dad d
e p
artíc
ula
s alfa
no d
ism
inuye
hast
a q
ue e
l gro
sor
atrave
sado
est
á
muy
cerc
ano
al
alc
ance
m
edio
y
ento
nce
s ca
e r
ápid
am
ent
e a
cero
. El alc
ance
de
partíc
ula
s alfa
en a
lum
inio
es
de
unos
0.0003 c
m.
La
inte
nsi
dad
de
los
ele
ctro
nes
em
pie
za
a
decr
ece
r le
nta
mente
incl
uso
para
un g
roso
r atrave
sado m
uch
o m
enor
que e
l alc
ance
, debid
o a
que
alg
unos
ele
ctro
nes
son d
esv
iados
fuera
de l
a d
irecc
ión d
el
haz.
El
alc
ance
ext
rapola
do d
e l
os
ele
ctro
nes
es
de
unos
0.1
8 c
m.
La inte
nsi
dad g
amm
a d
ecr
ece
exp
onenci
alm
ente
tal co
mo
se h
a m
ost
rado.
El a
lcance
medio
(que s
e d
efin
e c
om
o e
l gro
sor
para
el
cual
I = 0
.5 I
0)
es
de u
nos
4.3
cm
para
rayo
s g e
n Alu
min
io.
[Hay
que
dest
aca
r que
la d
efin
ició
n d
el co
nce
pto
de
alc
ance
varía s
egún e
l tip
o d
e radia
ción].
Los
neutron
es
no
inte
racc
ionan
elé
ctrica
men
te
con
los
áto
mos,
pero
sí lo
pre
senta
n inte
racc
ión fuerte c
on los
núcl
eos
en u
na a
mplia
variedad d
e p
roce
sos:
•
Colis
iones
elá
stic
as:
A(n
,n)A
--Im
por
tant
e p
ara
energ
ías
de ~
1MeV (neutrones rápidos).
•
Colis
iones
inelá
stic
as:
A(n
,n’)A*, A
(n,2
n’)B -- Por enci
ma
de la
energ
ía u
mbra
l de e
xcita
ción n
ucl
ear.
•
Captu
ra d
e neutrones:n + (Z,A) --> γ + (Z,A+1)-- D
ecr
ece
co
n la
velo
cidad d
el n
eutrón (~1/v).
•
Otras
reacc
iones
nucl
eare
s:
(n,p
),
(n,d
),
(n,a
),
(n,t),
(n,a
p),
etc
. co
n c
aptu
ra d
e u
n n
eutrón y
em
isió
n d
e p
artíc
ula
s ca
rgadas
-- R
egió
n d
e eV-KeV
•
Fis
ión:
A e
nerg
ías
térm
icas
~eV (neutrones térm
icos o
lentos).
•
Pro
ducc
ión d
e c
asc
adas
hadró
nic
as:
Para
E >
100
MeV.
Secciones eficaces totales para neutrones en
agua, parafina y protones
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 7
DETECTORES DE RADIACIÓN
La m
ayo
ría de lo
s dete
ctore
s de ra
dia
ción pre
senta
n un
com
portam
ient
o s
imila
r:
1.
La r
adia
ción e
ntra e
n e
l dete
ctor
e inte
racc
iona c
on los
áto
mos
de é
ste.
2.
Fru
to d
e e
sta inte
racc
ión, la
radia
ción c
ede toda
o p
arte
de s
u e
ner
gía
a lo
s ele
ctro
nes
ligados
de
est
os
átom
os.
3.
Se li
bera
un g
ran
núm
ero d
e e
lect
rones
de rela
tivam
ente
baja
energ
ía que so
n re
cogid
os
y analiz
ados
media
nte
un
circ
uito
ele
ctró
nic
o.
Tal co
mo s
e h
a in
dic
ado e
n e
l apar
tado
ante
rior, e
l tip
o d
e m
ate
rial
del
dete
ctor
depende
de
la
clase
de
radia
ción
a
est
udia
r y
de
la in
form
aci
ón q
ue s
e busc
a obte
ner
:
Para
dete
ctar
par
tícula
s alfa
de
desi
nte
gra
ciones
radia
ctiv
as
o partíc
ula
s ca
rgadas
de re
acc
ione
s nucl
eare
s a
baja
(M
eV)
energ
ía, bast
a c
on d
ete
ctore
s m
uy
finos,
dado q
ue
el
reco
rrid
o m
áxi
mo d
e e
stas
par
tícula
s en l
a m
ayo
ría d
e l
os
sólid
os
es
típic
am
ente
inf
erior
a la
s 100 m
icra
s. E
n e
l ca
so d
e lo
s ele
ctro
nes,
com
o los
em
itidos
en
las
desi
nteg
raci
ones
beta
, se
nece
sita
un
gro
sor
para
el
dete
ctor
de 0
.1 a
1 m
m.
Sin
em
barg
o, p
ara
det
ect
ar rayo
s gam
ma p
uede q
ue u
n g
roso
r de 5
cm
re
sulte
aún in
sufic
iente
para
co
nve
rtir est
os
foto
nes
tan
energ
étic
os
(MeV o
super
ior) e
n u
n puls
o e
lect
róni
co.
Para
m
edir
la
energ
ía
de
la
radia
ción,
debem
os
esc
oger
un
dete
ctor
en
el cu
al la
am
plit
ud d
el puls
o d
e s
alid
a
sea p
ropor
cional a
la e
nerg
ía d
e la
radia
ción. Se d
ebe e
legir
un
mate
rial
en e
l que e
l nú
mero
de e
lect
rones
sea g
rande p
ara
evi
tar que p
osi
ble
s flu
ctua
ciones
est
adís
ticas
afe
cten a
l valo
r de
la e
nerg
ía.
Para
medir e
l tie
mpo e
n e
l que la
radia
ción fue e
miti
da,
debem
os
sele
ccio
nar
un
mate
rial en e
l que los
ele
ctro
nes
sean
reco
gid
os
rápid
am
ent
e e
n u
n p
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endo e
l num
ero
de é
stos
aquí m
enos
importante
.
Para
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rmin
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ipo d
e p
artíc
ula
(por eje
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na
reacc
ión
nucl
ear,
en
la
que
se
pueden
gene
rar
una
gra
n
variedad d
e p
artíc
ula
s), debem
os
ele
gir
un m
ater
ial e
n e
l que la
m
asa
o c
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e la
partíc
ula
de u
n e
fect
o d
istin
tivo.
Para
m
edir el
spin
o la
pola
riza
ción de la
ra
dia
ción,
debem
os
esc
oger
un dete
ctor
que
pueda
separa
r dis
tinto
s est
ados
de
pola
riza
ción o
spin
.
Si e
spera
mos
un ritm
o d
e c
uenta
s ext
rem
adam
ente
alto
, debere
mos
sele
ccio
nar
un
dete
ctor
que
pueda
recu
pera
rse
rápid
am
ente
de
una
radia
ción
ante
s de
poder
conta
r la
si
guie
nte
. Para
un r
itmo
de c
uenta
s m
uy
baj
o, si
n e
mbarg
o, e
s m
ás
importante
busc
ar reduci
r el f
ondo.
Fin
alm
ente
si
est
am
os in
tere
sados
en re
cons
truir la
tr
ayec
tori
a de
las
radia
ciones
dete
ctadas,
debem
os
deca
nta
rnos
por un
dete
ctore
s se
nsi
bles
a la
loca
lizaci
ón d
e la
penetraci
ón.
2
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 8
DETECTORES GASEOSOS
Los
dete
ctor
es
gas
eoso
s (L
a
Cám
ara
de
Ioniz
aci
ón,
el
Conta
dor
Pro
porc
ional y
el dete
ctor
Geig
er-M
ülle
r) s
e b
asa
n e
n
la
reco
lecc
ión
direct
a
de
la
ioniz
aci
ón
pro
duci
da
por
una
partíc
ula
al
atrave
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un g
as
ence
rrado e
ntre d
os
ele
ctro
dos
som
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os
a u
na
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renc
ia d
e p
ote
ncia
l.
Veám
os
las
cara
cter
ístic
as
de c
ada u
no
de e
llos:
CÁMARA DE IONIZACIÓN
El
dete
ctor
más
senci
llo de est
e tip
o es
la cá
mara
de
ioniz
aci
ón,
que
se pued
e co
nsi
dera
r co
mo un
co
ndensa
dor
pla
no-p
ara
lelo
en la q
ue
la r
egió
n e
ntre los
pla
nos
est
á re
llena
de u
n g
as,
usu
alm
ent
e a
ire.
El ca
mpo
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ctrico
en e
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egió
n
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s io
nes
se rec
om
bin
en c
on
los
ele
ctro
nes
y se
puede
inte
rpre
tar
que e
n e
sta
situ
aci
ón l
os
ele
ctro
nes
se d
irig
en a
l ele
ctro
do
posi
tivo,
mie
ntras
que
los
iones
carg
ados
posi
tivam
ente
lo h
ace
n al
negat
ivo.
Gas
W eV/par)
H2
37
He
41
N2
35
O2
31
Aire
35
Ne
36
Ar
26
Energía media necesaria para form
ar un par electrón-ión
La e
nerg
ía m
edia
nece
saria p
ara
pro
duc
ir u
n ió
n en a
ire e
s de u
nos
35
eV , p
or
tant
o u
na r
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ción d
e 1 M
eV, pro
duc
e u
n m
áxi
mo d
e 3
x 1
04 i
ones
y ele
ctro
nes.
Para
una c
ám
ara
de
ioniz
aci
ón
de
tam
año
medio
, de
unos
10x1
0
cm
con
una
separa
ción d
e 1
cm
entre las
pla
cas,
la c
apaci
dad e
s de 8
.9 x
10-1
2 F
y e
l volta
je d
el p
uls
o reco
gid
o e
s de
unos:
Est
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ltaje
es
bast
ant
e peq
ueño,
por
lo
que
debe se
r am
plif
icado (h
asta
un va
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10000)
ante
s de que se
pueda
analiz
ada n
orm
alm
ente
.
La a
mplit
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e la
señal es
pro
porc
ional a
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ero
de io
nes
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nto
, a la
energ
ía d
eposi
tada p
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radia
ción), y
es
independie
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olta
je e
ntre
las
pla
cas.
El vo
ltaje
aplic
ado d
ete
rmin
a la v
elo
cidad d
e d
eriva
de los
ele
ctro
nes
e iones
haci
a los
ele
ctro
dos
de la c
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ara
. Para
un
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r típic
o d
el vo
ltaje
de u
nos
100 V
, lo
s io
nes
se m
ueve
n a
ve
loci
dades
de 1
m/s
. Est
o h
ace
que
tard
en h
ast
a 0
.01 s
en
atrave
sar
una c
ámar
a d
e 1
cm
de
gro
sor
(Los
ele
ctro
nes
son
más
móvi
les
y vi
aja
rán
unas
1000
vece
s m
ás
rápid
o). E
stos
tiem
pos
son e
xcesi
vam
ente
larg
os
par
a lo
s tie
mpos
con lo
s que
norm
alm
ent
e
se
traba
ja
en
la
dete
cció
n
de
radia
ciones
nucl
eare
s. Por
ejem
plo
, una fu
ente
débil
de 1 m
Ci
da un
pro
medio
de
una desi
nteg
raci
ón ca
da 30 m
s. Por
tanto
, la
cá
mara
de
ioniz
aci
ón
no
sirv
e
com
o
conta
dor
de
señale
s in
div
iduale
s.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 9
Norm
alm
ente
se u
sa la
cám
ara
de io
niz
aci
ón c
om
o m
onito
r de r
adia
ción.
La i
nte
nsi
dad d
e l
a r
adia
ción s
e r
eco
gid
a c
om
o una
corr
ient
e
que
repre
senta
la
in
tera
cció
n
de
much
as
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ciones
dura
nte
el
tiem
po d
e r
esp
uest
a d
e l
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ám
ara
. La
corr
iente
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ional
tanto
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ctiv
idad d
e l
a
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ner
gía
de las
radia
ciones
(radia
ciones
de m
ayo
r energ
ía dan una m
ayo
r io
niz
aci
ón y
por
tanto
, una m
ayo
r re
spuest
a). CONTADOR PROPORCIONAL
Para
lo
gra
r obse
rvar
puls
os
indiv
iduale
s,
debem
os
aum
enta
r el
volta
je a
plic
ado (
supera
ndo
los
1000V). D
e e
ste
modo
el
mayo
r ca
mpo
elé
ctrico
es
capaz
de
ace
lera
r lo
s ele
ctro
nes
lo s
ufic
iente
com
o p
ara q
ue é
stos
puedan g
ener
ar
ioniz
aci
ones
secu
ndarias.
Los
ele
ctro
nes
secu
ndarios
ace
lera
dos
pro
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n nueva
s io
niz
aci
ones,
co
n
lo
que
finalm
ent
e se
gener
a u
na a
vala
nch
a o
casc
ada
de io
niz
aci
ones.
Aunque h
ay
un g
ran n
úm
ero
de ioniz
aci
ones
secu
ndarias
(~1000-1
00000), la c
ám
ara
sie
mpre
tra
baja
de m
odo q
ue e
ste
núm
ero
es
pro
por
cional a
l núm
ero
de s
uce
sos
prim
arios
(de a
hí
el n
om
bre
de c
onta
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pro
porc
ional).
La g
eom
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el co
nta
dor
pro
porc
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ele
ser
cilín
drica
, ta
l com
o s
e m
ues
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n la
fig
ura
:
En e
ste c
aso, el c
ampo e
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rico
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donde r e
s la
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l, b e
l radio
inte
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a e
l radio
ext
erno d
el á
nodo.
La a
vala
nch
a o
curr
irá o
bvi
am
ente
en l
a r
egió
n d
onde e
l ca
mpo e
s m
ayo
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rca
del
cable
de á
nodo.
Est
a r
egió
n,
sin
em
barg
o,
repre
sent
a
sola
mente
una
peq
ueña
frac
ción
del
volu
men d
e la c
ám
ara
. La g
ran m
ayo
ría d
e los
iones
orig
inale
s so
n c
reados
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sta r
egió
n c
entral,
y la
deriva
de l
os
ele
ctro
nes
es
lenta
hast
a q
ue inic
ian e
l pro
ceso
de a
vala
nch
a.
(Los
suce
sos
prim
arios
que ocu
rren dentro de
la
re
gió
n de
cam
po inte
nso
, so
n p
oco
am
plif
icados,
dado
que
no t
ienen la
oportunid
ad d
e cr
ear ta
ntas
colis
iones)
.
Debid
o a
que
la s
eñal d
e s
alid
a d
e u
n c
onta
dor
pro
porc
ional
pro
viene
princi
palm
ente
del
pro
ceso
de
ava
lanch
a,
el
cual
ocu
rre m
uy
rápid
am
ente
, el
tiem
po v
iene d
ete
rmin
ado p
or
el
tiem
po d
e deriva
de los
ele
ctro
nes
prim
ario
s desd
e e
l punto
de
form
aci
ón d
el
ión o
rigin
al
hast
a l
a v
eci
ndad d
el
ánodo d
onde
ocu
rre
la
ava
lanch
a.
Est
e
tiem
po
es
del
ord
e
de
los
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
0
mic
rose
gundos,
y p
or ta
nto
, el c
onta
dor puede tra
baja
r en m
odo
puls
ado h
ast
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os
de c
onte
o d
el o
rden
de 1
0^6
por se
gundo.
Se
em
ple
a
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ctar
rayo
s X
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ía
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ngo (
0.1 e
V –
100ke
V).
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Si e
l cam
po e
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ás,
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la
regió
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Geig
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010
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puls
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V, po
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plif
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dic
ional
. El
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e 1
0^(
-6), t
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al
los
iones
posi
tivos
no s
e m
ueve
n le
jos
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regió
n d
e la
ava
lanch
a.
Por
tant
o,
alrededor
del
ánodo
queda
una nube
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iones
carg
ados
posi
tivam
ente
que re
duce
la
in
tensi
dad del
cam
po
elé
ctrico
que fin
alm
ente
fin
aliz
a el
pro
ceso
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cicl
o s
erá
com
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espués
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n
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l ánodo y
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n s
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eutraliz
ados
[lo q
ue l
leva
10^(
-4) - 10^(
-3) s]
.
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La n
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ón d
e e
stos
ele
ctro
nes
finale
s.
Detectores gaseosos de radiación (Distintas regiones según
el voltaje aplicado).
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
1
Las
varias
regio
nes
de
opera
ción
de
los
dete
ctor
es
gase
oso
s apare
cen
en
la
figur
a
ant
erior.
Para
vo
ltaje
s pequeños,
lo
s ele
ctro
nes
y lo
s io
nes
prim
arios
pueden
reco
mbin
ars
e.
Seg
ún e
l vo
ltaje
aum
enta
, se
alc
anza
la r
egió
n de
la
cám
ara
de
ioniz
aci
ón,
donde
el
puls
o
de
salid
a
el
pro
porc
ional a
la io
niz
aci
ón p
rim
aria p
roduci
da p
or la
radia
ción y
por
tant
o a
su e
nerg
ía,
pero
independie
nte
de V
. En la r
egió
n pro
porc
ional,
la a
mplit
ud d
el puls
o a
um
ent
a c
on V
para
hace
r m
ás
senci
llo
el
anális
is,
pero
el
puls
o
de
salid
a
es
aún
pro
porc
ional
a
la
energ
ía
de
la
radia
ción
a
travé
s de
la
ioniz
aci
ón p
roduci
da.
Fin
alm
ente
se a
lcanza
la z
ona G
eig
er,
donde
todas
las
radia
ciones
dan
la
mis
ma
salid
a,
independie
nte
mente
de la i
oniz
aci
ón i
nic
ial
o l
a e
nerg
ía d
e l
a
radia
ción.
DETECTORES
CENTELLEADORES
Una desv
enta
ja de
los
conta
dore
s gase
oso
s es
su baj
a
efic
ienci
a p
ara
much
as
radia
ciones
de inte
rés
en fís
ica n
ucl
ear:
el ra
ngo d
e u
n r
ayo
gam
ma d
e 1
MeV e
n a
ire e
s del ord
en d
e
100 m
. Los
det
ect
ores
sólid
os
tienen d
ensi
dades
más
alta
s que
dan p
robabilidades
de a
bso
rció
n r
azo
nable
s para
un t
am
año
norm
al d
el d
ete
ctor.
Para
cr
ear
un
det
ecto
r só
lido
se
debe
adquirir
un
com
pro
mis
o e
ntre
dos
crite
rios
enf
rent
ados:
1.
El
mat
erial
debe se
r ca
paz
de so
portar
un
cam
po
elé
ctrico
gra
nde,
de m
anera
que lo
s ele
ctro
nes
y lo
s io
nes
puedan s
er re
cogid
os
par
a form
ar un p
uls
o e
lect
rónic
o. Adem
ás
en a
use
nci
a d
e radia
ción e
l flu
jo d
e c
orr
iente
deb
e s
er m
ínim
o o
nulo
para
que
el r
uid
o de
fondo
sea b
ajo.
2.
Los
ele
ctro
nes
deben
ser
fáci
lmente
ext
raíd
os
de l
os
áto
mos
y en g
ran n
úm
ero p
or
la r
adia
ción,
y lo
s ele
ctro
nes
e io
nes
deben s
er c
apac
es
de v
iaja
r fá
cilm
ent
e e
n el
mate
rial.
La prim
era
co
ndic
ión pare
ce exi
gir un m
ate
rial
ais
lante
, m
ientras
que
la
segun
da
sugie
re
usa
r un
conduct
or.
El
com
pro
mis
o obvi
o es
un se
mic
onduct
or, ta
l co
mo ve
rem
os.
M
ate
riale
s se
mic
onduct
ores
de tam
año s
ufic
iente
mente
gra
nde
para
const
ruir
dete
ctor
es d
e r
adia
ción ú
tiles
(dece
nas
de c
m3)
no ll
egaro
n a
est
ar dis
ponib
les
hast
a fin
ale
s de la
déca
da d
e lo
s 60 y
para
cubrir
la n
ece
sidad d
e d
isposi
tivos
esp
ect
rosc
ópic
os
nucl
eare
s de alta
ef
icie
nci
a y
una re
solu
ción ra
zonable
, lo
s co
nta
dore
s ce
ntelle
adore
s fu
eron
desa
rrolla
dos
dura
nte
lo
s años
1950.
Los
cont
adore
s ce
nte
lleadore
s so
luci
onan e
l di
lem
a d
e l
a
ele
cció
n d
el m
ate
rial del si
guie
nte
modo: lo
s ele
ctro
nes
que s
e fo
rman e
n e
l pro
ceso
de ioniz
aci
ón n
o s
on los
mis
mos
que los
del
puls
o e
lect
rónic
o.
El
inte
rmedia
rio e
ntre a
mbos
es
la l
uz
ord
inaria.
El p
roce
so c
omple
to e
s co
mo s
igue:
1)
- La r
adia
ción i
nci
dente
inte
racc
iona c
on l
os
áto
mos
y m
olé
cula
s del m
ate
rial e
xcitá
ndolo
s.
2)
- Los
est
ados
exc
itados
se dese
xcita
n em
itiendo lu
z vi
sible
(o p
róxi
ma a
l vis
ible
) de flu
oresc
enci
a.
3)
- La l
uz
llega a
una
superfic
ie f
otose
nsi
ble
arr
anca
ndo
fotoelectrones.
4)
- Los
ele
ctro
nes
se a
cele
ran y
se m
ulti
plic
an p
ara
for
mar
un p
uls
o e
léct
rico
en
el t
ubo fotomultiplicador.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
2
Esquema del funcionamiento de un centelleador
Exi
ste
una
am
plia
va
riedad
de
cente
lleadore
s y
tubos
foto
multi
plic
adore
s dis
ponib
les,
dependie
ndo d
e la
aplic
aci
ón e
n
la q
ue s
e v
a a
usa
r. L
as
pro
pie
dades
que h
ay
que
consi
dera
r en
la
ele
cció
n
del
mate
rial
in
cluye
n
la
fracc
ión de
la
energ
ía
inci
dente
que a
pare
ce c
om
o lu
z, la
efic
ienci
a (la
pro
babilidad d
e
que l
a r
adia
ción s
ea a
bso
rbid
a), e
l tie
mpo d
e re
spuest
a y
la
reso
luci
ón e
n e
ner
gía
.
Para
ente
nder
co
mo fu
nci
ona un ce
nte
lleador, debem
os
consi
dera
r el
meca
nis
mo por
el
cual
la ener
gía
puede se
r abso
rbid
a e
xcita
ndo e
lect
rones
ató
mic
os.
Hay
dos
tipos
bási
cos
de d
ete
ctor
es,
aquello
s co
mpuest
os
de m
ateriale
s org
ánic
os
y aquello
s de
mat
eriale
s in
org
ánic
os.
En lo
s ce
nte
lleadore
s org
ánic
os
(que p
ueden s
er líq
uid
os
o
sólid
os)
, la
inte
racc
ión e
ntre l
as
molé
cula
s so
n r
ela
tivam
ente
débile
s, y
podem
os
ver
sus
pro
pie
dades
en
térm
inos
de l
os
est
ados
exc
itados
dis
creto
s de las
molé
cula
s. H
ay
dos
modos
en l
os
que l
as
molé
cula
s abso
rber
la e
ner
gía
: lo
s ele
ctro
nes
pueden s
er
exc
itados
a e
stados
ele
ctró
nic
os
superiore
s (s
alto
s entre n
ivele
s ele
ctró
nic
os)
, o
bie
n l
os
áto
mos
de l
a m
olé
cula
pueden e
mpeza
r a v
ibra
r (s
alto
s ent
re n
ivele
s vi
bra
cionale
s).
Las
energ
ías
típic
as
vibra
cionale
s so
n d
el
ord
en d
e 0
.1 e
V,
mie
ntras
que l
as
energ
ías
de e
xcita
ción e
lect
rónic
as
son d
el
ord
en d
e u
nos
poco
s eV. La s
iguie
nte
fig
ura
, esq
uem
atiz
a b
ien
todo e
sto:
Esquema de niveles electrónicos y vibracionales moleculares
Los
ele
ctro
nes
exc
itados
son g
ener
alm
ente
aque
llos
que n
o est
án m
uy
implic
ados
en l
a l
igadura
de l
a m
olé
cula
. En l
os
hid
roca
rburo
s aro
mát
icos,
ta
les
com
o lo
s que
pre
sent
an la
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ruct
ura
de a
nillo d
el bence
no,
tres
de los
cuatro e
lect
rones
de v
ale
nci
a d
el ca
rbono e
stán e
n o
rbita
les
híb
ridos
s que e
stán
loca
lizados
entre c
ada c
arb
ono, su
s dos
carb
ono
s ve
cinos
y un
hid
rógeno.
El cu
arto e
lect
rón,
que e
stá e
n u
n o
rbita
l p, no e
stá
tan l
oca
lizado y
no p
artic
ipa t
anto
en e
l pro
ceso
de l
igadura
entre los
áto
mos
com
o los
ele
ctro
nes
s. E
s est
e e
lect
rón p
el
que
es
resp
onsa
ble
princi
palm
ente
del p
roce
so d
e c
ente
lleo.
La r
adia
ción inci
dente
inte
racc
iona c
on m
uch
as
molé
cula
s,
perd
iendo unos
poco
s eV en ca
da in
tera
cció
n al
exc
itarlas.
M
uch
os
posi
ble
s est
ados
vibra
cionale
s pueden s
er
exc
itados
(y
tam
bié
n m
uchos
posi
ble
s est
ados
ele
ctró
nic
os)
. Los
est
ados
vibra
cionale
s exc
itados
deca
en r
ápid
am
ente
(~ 1
ps)
al est
ado
vibra
cional fu
ndam
ent
al,
el cu
al ento
nce
s dec
ae
(en u
n tie
mpo
del
ord
en d
e 1
0 ns)
a u
no d
e l
os
est
ados
vibra
cionale
s del
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
3
est
ado
ele
ctró
nic
o
fundam
enta
l que
a
su
vez
deca
e
rápid
am
ente
a
su
est
ado
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cional
fundam
ent
al
corr
esp
ondie
nte.
En c
ircu
nst
anci
as
nor
male
s, a
tem
per
atu
ra a
mbi
ente
todas
las
molé
cula
s de u
n c
ente
lleador
est
án e
n e
l est
ado m
ás
baj
o vi
bra
cional
del
est
ado ele
ctró
nic
o fu
ndam
enta
l: A la
energ
ía
térm
ica k
.T =
0.0
25 e
V le c
orr
esp
onde u
na p
obla
ción s
iguie
ndo
una d
istrib
uci
ón d
e B
oltz
mann:e
xp(-
E/k
T), d
e m
odo q
ue e
s m
uy
impro
bable
que haya
est
ados
vibra
cionale
s exc
itados
a esa
te
mper
atu
ra.
Est
o h
ace
que s
ólo
uno d
e l
os
foto
nes
que s
e em
iten e
n las
much
as
posi
ble
s transi
ciones
tenga p
robabilidad
de s
er abso
rbid
o p
or el p
ropio
cente
lleador. E
sto repre
senta
una
important
e p
ropie
dad: un centelleador deber ser transparente a
su propia radiación.
De
los
cent
elle
adore
s in
org
ánic
os,
el
más
com
ún
est
á fo
rmado p
or un ú
nic
o c
rista
l de u
na s
al a
lcalin
a c
om
o e
l NaI. S
e nece
sita
que s
ea u
n m
onocr
ista
l para
obte
ner transp
are
nci
a: la
s re
flexi
ones
y abso
rcio
nes
en
las
cara
s del
cris
tal
harían
inse
rvib
le a
l cente
lleador. L
as
inte
racc
iones
ent
re lo
s áto
mos
en
un
cris
tal
hace
n que
lo
s niv
ele
s dis
creto
s de
energ
ías
se
ensa
nch
en form
ando u
na s
erie d
e b
andas
de e
nerg
ía. Las
dos
bandas
superiore
s so
n la
banda de va
lenci
a y
la banda de
conducc
ión. (V
er Fig
ura). E
n u
n m
aterial a
isla
nte
com
o e
l NaI
, la
banda
de
bale
nci
a
est
á
gener
alm
net
e
llenay
la
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de
conducc
ión va
cía.
Una ra
dia
ción in
cidente
pue
de exc
itar
un
ele
ctró
n,
hace
rle s
alta
r el
gap d
e e
nerg
ía (
de u
nos
4 e
V)
y lle
varlo a
la b
anda d
e c
onducc
ión.
En u
n m
omen
to d
ado,
est
e ele
ctró
n, perd
erá e
sta e
nerg
ía, em
itiendo u
n fot
ón y
caye
ndo d
e
nuevo
a la
banda d
e va
lenci
a.
Bandas de energía en un cristal. A la izquierda se muestran
los procesos característicos de un cristal puro como el NaI. A la
derecha, los procesos de un cristal con impurezas: NaI(Tl).
Para
aum
enta
r la
pro
babilidad de em
isió
n de fo
tones
y re
duci
r la
auto
-abso
rció
n
de
luz,
pequeñas
cantid
ades
de
impure
zas
llam
adas
activadores
se
añaden
al
cris
tal.
Un
act
ivador
que
se
usa
co
munm
ente
es
el
thalio
, fo
rmando
dete
ctor
es
com
o e
l N
aI(Tl).
El
act
ivador
pro
por
ciona e
stados
dis
creto
s de
energ
ía e
n e
l gap
y la
em
isió
n d
e luz
tiene lugar
entre los
est
ados
del act
ivador. E
n e
l ca
so d
el N
aI, la longitu
d de o
nda m
áxi
ma d
e e
mis
ión c
am
bia
de los
303
nm
del cr
ista
l puro
a lo
s 410 n
m d
el c
rist
al c
on im
pure
zas.
La a
bso
rció
n a
est
a energ
ía n
o s
e p
uede d
ar
en e
l N
aI(Tl)
dado q
ue l
os
niv
ele
s fu
ndam
ent
ale
s del act
ivador
no e
stan p
obla
dos
y el ca
mbio
de
longitu
d d
e o
nda d
el u
ltravi
ole
ta a
l vis
ible
perm
ite a
pro
vech
ar la
re
gió
n de m
áxi
ma se
nsib
ilidad de la
m
ayo
ría de lo
s tu
bos
foto
multi
plic
adore
s.
En la s
iguie
nte
tabla
, se
muest
ran
alg
unas
pro
pie
dades
de
alg
unos
det
ect
ores
cente
lleadore
s que
se
em
ple
an
norm
alm
ent
e.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
4
NOMBRE
TIPO
λ λλλ (nm)
t (ns)
Efic.Relat
Anth
race
ne
Sol.
org
ánic
o
447
30
0.4
3
Pilo
t B
Sol.
org
ánic
o
408
1.8
0.3
0
NE 2
13
Liq
. org
áni
co
425
3.7
0.3
4
NaI(Tl)
Crist
al i
norg
. 410
230
1.0
0
CsF
C
rist
al i
norg
. 390
5
0.0
5
En
la
tabla
, el
tiem
po
hace
re
fere
ncia
al
tiem
po
de
resp
uest
a d
el d
ete
ctor
(que e
s bast
ante
rápid
o, de
l ord
en d
e lo
s ns)
y la e
ficie
nci
a r
ela
tiva s
e c
alc
ula
resp
ecto
al N
aI(Tl) (que e
s el
que m
ayo
r ef
icie
nci
a pre
senta
) e in
cluye
la
ef
icie
nci
a de
abso
rció
n d
el f
otó
n y
de la
em
isió
n d
e la
luz
de s
alid
a.
La
ele
cció
n
de
uno
u
otro
cente
lleador,
dependerá
princi
palm
ente
del
tipo d
e e
xperim
ento
que
se v
a a
realiz
ar.
Pore
jem
plo
, si
se b
usc
a una a
lta e
ficie
nci
a p
ara
rayo
s gam
ma
se u
sa n
orm
alm
ente
el N
aI(Tl), dado q
ue la
alta
Z (53) del Y
odo
da
una
alta
pr
obabilidad
para
la
abso
rció
nde
foto
nes
. Sin
em
barg
o, s
i se
bus
ca u
n c
orto
tiem
po
de r
espue
sta,
el N
aI(T
l) no
es
muy
bueno,
y lo
s re
lativ
am
ente
poco
ef
icie
nte
s ce
nte
lleadore
s plá
stic
os
pueden s
er una m
ejor ele
cció
n.
El aco
plo
de u
n c
ente
lleador
a u
n f
otom
ulti
plic
ador
puede
hace
rse d
e v
arias
form
as.
Alg
unas
com
bin
aci
ones
dete
ctore
s-tu
bo s
e v
enden y
a c
om
o u
na u
nid
ad s
ella
da.
Los
dete
ctore
s N
aI(Tl) p
ueden s
er
colo
cados
en c
onta
cto d
irec
to c
on e
l cr
ista
l del
tubo f
otom
ulti
plic
ador
usa
ndo u
na s
ust
anci
a t
ransp
arente
que
min
imiz
a
las
refle
xiones
inte
rnas.
Alg
unas
vece
s la
geom
etría
de lo
s fo
tom
ulti
plic
adore
s es
muy
dis
tinta
de la
de
los
cente
lladore
s, o
deben
ser co
loca
dos
lejo
s de lo
s ce
nte
lleadore
s (p
ara
elim
inar
los
efect
os
de
los
cam
pos
magnét
icos,
por
eje
mplo
). En est
os ca
sos
se em
ple
a una guía
de lu
z entre
am
bos.
Izquierda: Selección de centelleadores de NaI, algunos con
fotomultiplicadores acoplados. Derecha: Centelleador grande de
NaI unido a siete fotomultiplicadores.
Un esq
uem
a del
func
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plic
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y fo
caliz
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por
una
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e e
lect
rodos
llam
ados
dín
odos.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
5
Esquema de un fotomultiplicador. Los electrones liberados
del cátodo son atraidos al primer dínodo y m
ultiplicados. Cada
sucesivo dínodo a un potencial mayor que el anterior. Un tubo
típico tiene de 10 a 14 dínodos. a cada paso, el número de
electrones es aumentado en un factor del orden de 5.
Los
dín
odos
est
án c
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nto
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ctro
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nos
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s co
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nes
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uso
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los
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róm
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ía,
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niv
el
de ru
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uest
a.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
6
DETECTORES
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otro
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mente
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n n
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NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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energ
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a.
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En e
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3
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
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A 1
8
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cas.
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s depende
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em
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mplo
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e 13
7 55C
s.
El
esq
uem
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de
em
isió
n
del
137
Cs
tal
com
o
se
puede
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ntrar
en
una tabla
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pos
es
el s
iguie
nte:
¿Q
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Prim
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l del
137C
s es
el 7/2
+ (
sobr
e e
l si
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puedes
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los
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s de
la asi
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ces
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sta p
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NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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detector suficientemente grande (idealmente infinito).
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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detector pequeño (con poca probabilidad de que un rayo
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Espectro gamma registrado con un detector pequeño en el caso
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Espectro gamma registrado con un detector pequeño en el caso
E <1.022MeV
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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2
3.
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.
Esquema de la interacción de radiación gamma con un
detector mediano (caso real).
Espectro gamma registrado con un detector real en el caso
E >>1.022MeV
Espectro gamma registrado con un detector real en el caso
E <1.022MeV
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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ntes
a lo
s ra
yos
X. Est
e e
spect
ro c
oncu
erd
a c
on lo
exp
licado
ante
riorm
ent
e
sobre
la
fo
rma
de
los
esp
ect
ros
gam
ma.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
5
ESPECTRO DE
RADIACIÓN BETA
En e
l la
bora
torio s
e d
ispone d
e u
n e
spect
róm
etro b
eta
que
const
a d
e la
s si
guie
nte
s partes:
1
Una f
uente
radia
ctiv
a q
ue e
mite
ele
ctro
nes
(P.e
j. 20
4 Tl ó
137 C
s) .
2
Una
abertura
que
sele
ccio
na
los
ele
ctro
nes
em
itidos,
dej
ando p
asa
r ta
n s
ólo
aquello
s em
itido
s en
una d
ete
rmin
ada d
irecc
ión e
n e
l pla
no
horizo
nta
l.
3
Una re
gió
n donde exi
ste un ca
mpo m
agnétic
o
unifo
rme p
erpendic
ula
r al
pla
no d
e l
a t
raye
ctoria d
e
los
ele
ctro
nes.
Ést
os,
dep
endie
ndo d
e s
u v
elo
cidad (
y por
tanto
, de
su
energ
ía
cinétic
a),
seguirán
una
traye
ctoria
circ
ula
r dete
rmin
ada d
entro d
e ese
cam
po.
4
El ca
mpo m
agnétic
o s
e puede v
ariar
(cam
bia
ndo
la i
nte
nsi
dad d
e c
orrie
nte
que p
asa
por
las
bob
inas
que lo g
enera
n. E
xist
e u
na s
onda q
ue
por
efect
o H
all
nos
perm
ite c
onoce
r el v
alo
r del c
ampo m
agnétic
o.
5
Una a
bertura
de s
alid
a co
loca
da d
e t
al
maner
a
que s
ele
ccio
na l
os
ele
ctro
nes
que h
an s
eguid
o u
na
cierta traye
ctoria dentro de la
re
gió
n donde exi
ste
cam
po
mag
nét
ico
y por
tanto
, se
lecc
ionando
la
energ
ía c
inétic
a d
e é
stos.
6
Un co
nta
dor
Geig
er
que
dete
cta
los
ele
ctro
nes
in
div
iduale
s que sa
len de la
abertura
de
salid
a e
inci
den s
obre
él.
Est
e m
ont
aje
queda c
lara
ment
e r
efle
jado e
n las
siguie
nte
s fo
togra
fías:
Fotografías del montaje experimental para la detección de
radiación beta mediante un espectrómetro magnético.
Ante
s de p
roce
der
al aná
lisis
de la form
a d
el esp
ect
ro b
eta
dete
ctado
por
est
e es
pect
róm
etro
, es
nece
sario
exp
licar
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
6
bre
vem
ente
la form
a d
el esp
ect
ro d
e e
mis
ión d
e e
lect
rones
de
la fuente
.
De
acu
erd
o
con
los
dato
s que
conoce
mos
de
una
dete
rmin
ada m
uest
ra (
por
eje
mplo
204 T
l),
podem
os
deduci
r la
fo
rma teórica
de s
u e
spect
ro. Ést
e, a
dife
renc
ia d
e u
n e
spect
ro
alfa
que es
dis
cret
o, fo
rma un co
ntín
uo,
debid
o a que lo
s ele
ctro
nes
son e
miti
dos
junto
a u
n a
ntin
eutrin
o q
ue s
e ll
eva
una
fracc
ión v
ariable
de la e
nerg
ía.
[Reco
mendam
os
repasa
r est
os
conce
pto
s exp
licados
en la p
arte teór
ica d
e la a
signatu
ra.] P
or
eje
mplo
, para
el
caso
del
204 T
l se
puede g
enera
r el
siguie
nte
esp
ect
ro s
imula
do [¡A
tenci
ón! Es
un e
spect
ro e
n m
om
ent
os,
no
en e
nerg
ía].
Est
e e
spect
ro s
e o
btie
ne m
edia
nte
un m
éto
do
Monte
Carlo,
tenie
ndo e
n c
uenta
los
dato
s del m
omento
máxi
mo q
ue p
ueden
lleva
r lo
s ele
ctro
nes
emiti
dos.
Tam
bié
n h
ay
que indic
ar
que p
or
sim
plic
idad no se
han
incl
uid
o lo
s fa
ctor
es
de Ferm
i en el
cálc
ulo
.
Para
una
muest
ra
com
o
el
137 C
s podem
os
sim
ula
r ig
ualm
ent
e su
esp
ect
ro de em
isió
n.
Tenie
ndo
en cu
ent
a el
esq
uem
a d
e n
ivele
s del
137 C
s uno e
spera
ría d
os
pic
os
en e
l esp
ect
ro:
Sin
em
bar
go,
los
ele
ctro
nes
del
137 C
s de m
ayo
r energ
ía,
adem
ás
de
tener
poc
a
pro
babilidad
(5.4
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est
án
muy
repartid
os
a lo larg
o d
el esp
ect
ro (
en c
ompara
ción c
on los
del
otro p
ico). P
or
tanto
, est
e p
ico a
penas
se p
uede a
pre
ciar
en
nuest
ro m
ont
aje.
En
realid
ad,
exi
ste
un
terc
er
pic
o,
corr
espo
ndie
nte
a
ele
ctro
nes
de
conve
rsió
n
inte
rna
que
libera
est
e
isóto
po.
Reco
rdem
os
ant
es
de s
eguir e
n q
ué c
onsi
sten lo
s ele
ctro
nes
de
conve
rsió
n in
tern
a (N
úcl
eo*
= N
úcl
eo e
xcita
do):
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
7
Est
os
ele
ctro
nes
tie
nen
la ca
ract
eríst
ica de pose
er
una
energ
ía d
ete
rmin
ada (se
gún lo
s niv
ele
s nucl
eare
s y
ató
mic
os
de
la m
uest
ra) a
dife
renci
a de lo
s em
itidos
por
desi
nteg
raci
ón b
eta.
Para
si
mula
r de
manera
co
mple
ta to
do
el
pro
ceso
de
gener
aci
ón y
dete
cció
n d
e los
ele
ctro
nes
, hac
emos
adem
ás
del
esp
ect
ro
de
em
isió
n,
otra
sim
ula
ción
Monte
Carlo
(usa
ndo
núm
ero
s ale
ato
rios)
en la
que
se h
an
est
udia
do la
s traye
ctor
ias
posi
ble
s que
puede de
scribir en
nuest
ro esp
ect
róm
etro lo
s ele
ctro
nes
hast
a lle
gar
a s
er
det
ect
ados
en e
l tu
bo G
eig
er e
n fu
nci
ón
del
cam
po
magnét
ico
aplic
ado. El
resu
ltado
es
el
siguie
nte
:
Simulación del espectro beta registrado por nuestro
espectrómetro. Se aprecia un pico principal y otro secundario
(correspondiente a electrones de conversión interna). El tercer
pico de electrones no es significativo.
¿Q
ué s
e o
bse
rva e
n la p
ráct
ica e
n e
ste labora
torio? D
ado
el p
orc
enta
je d
e e
rror co
n e
l que tra
baj
am
os e
n e
ste m
onta
je, el
pic
o
de
los
ele
ctro
nes
de
conve
rsió
n
inte
rna,
apenas
es
dis
tinguib
le.
Unos
dat
os
exp
erim
enta
les
obte
nid
os
con t
iem
pos
de a
dquis
ició
n a
ltos
nos
ofrece
n e
l si
guie
nte
perfil
para
est
e esp
ect
ro b
eta
:
Espectro beta registrado en el laboratorio de un muestra de
137Cs
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
8
Espectro beta registrado en el laboratorio de un muestra de
137Cs [DETALLE]
Se
puede
apre
ciar
que
est
e
esp
ect
ro
experim
enta
l co
ncu
erd
a co
n lo
esp
era
do te
órica
mente
, y
sólo
la
fa
lta de
reso
luci
ón d
el esp
ect
róm
etro im
pid
e a
pre
ciar
de u
n m
odo c
laro
el pic
o d
e e
lect
rones
de
conve
rsió
n inte
rna q
ue
exi
ste p
ara
un
cam
po a
plic
ado d
e unos
75 m
T.
NOTA:
Es
inte
resa
nte
com
ple
tar
la v
isió
n d
e e
ste e
spect
ro
(corresp
ondie
nte
a la
dete
cció
n d
e lo
s ele
ctro
nes
em
itidos
por el
137C
s),
con la
de lo
s ra
yos
gam
ma que se
genera
n tras
la
desi
nte
gra
ción b
eta
de e
ste isó
topo,
tal co
mo s
e h
a v
isto
en la
secc
ión s
obre
esp
ect
ros
y dete
ctore
s.
ESPECTRO DE
RADIACIÓN ALFA
En e
l la
bora
torio s
e d
ispone d
e f
uent
es
y dete
ctore
s que
perm
iten r
egis
trar
esp
ectros
alfa
. ¿Q
ué a
spect
o t
ienen e
stos
esp
ect
ros?
Colo
cam
os
una m
uest
ra q
ue e
mite
partíc
ula
s alfa
(p
or
ejem
plo
, 21
0 Po)
frent
e a
un
dete
ctor
dentro d
e u
na c
ámara
en la q
ue s
e h
a re
aliz
ado e
l va
cío (
hast
a tener
una p
resi
ón d
e
tan s
ólo
alg
unos
milibare
s).
NO
TA: El r
eco
rrid
o d
e la
s partíc
ula
s alfa
en a
ire
es
de u
nos
poco
s ce
ntím
etros.
Est
o hace
que si
se
co
loca
se la
fu
ente
ra
dia
ctiv
a u
n p
oco
ale
jada d
el d
ete
ctor si
n h
ace
r el v
ací
o, no s
e
llegaría a
dete
ctar nada.
En u
na t
abla
se isó
topo
s se
puede e
nco
ntrar
el si
guie
nte
esq
uem
a c
orresp
ondie
nte
a la
desi
nteg
raci
ón
del 21
0 Po:
Esquema de la desintegración alfa del 210Po
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
9
Se puede ve
r que el
210 P
o se
desi
nte
gra
α (c
on una
pro
babilidad d
el 1
00%
) co
nvi
rtié
ndose
en e
l est
ado e
xcita
do (2
+)
del
206 P
b q
ue e
s est
able
. D
esd
e e
ste e
stado e
xcita
do (
2+)
pasa
a s
u e
stado fundam
ent
al (
0+) lib
era
ndo u
n rayo
gam
ma
de 8
03.
1 ke
V.
El d
ato
Q q
ue
apare
ce e
n la
tabla
, co
rres
ponde a
la e
nerg
ía
tota
l dis
ponib
le e
n e
l pro
ceso
de e
mis
ión d
e la
partíc
ula
α. Para
obte
ner
la e
nerg
ía c
inétic
a c
on la q
ue s
on e
miti
das
realm
ente
la
s partíc
ula
s α h
ay
que tener en c
uent
a e
l retroce
so d
el n
úcl
eo
hijo
que s
e c
rea:
Com
o s
e v
e c
on e
ste c
álc
ulo
, la
energ
ía c
inétic
a c
on la
que
son e
miti
das
las
par
tícula
s alfa
es
de 5
304.
4 k
eV, y
no 5
407.5
ke
V.
Dadas
las
cara
cteríst
icas
de la
inte
racc
ión d
e la
s partíc
ula
s alfa
con l
a m
ate
ria,
a l
o l
arg
o d
e s
u r
eco
rrid
o hast
a l
legar
al
dete
ctor
, to
das
la
s partíc
ula
s alfa
lle
gará
n co
n una energ
ía
sim
ilar. A
l haber
realiz
ado e
l va
cío e
n la c
ám
ara
, la
pérd
ida d
e energ
ía c
inétic
a e
n e
ste r
eco
rrid
o n
o s
erá g
rande.
Por
tanto
, id
ealm
ente
esp
era
ríam
os
regis
trar
con e
l dete
ctor
un e
spect
ro
de e
nerg
ías
con u
n únic
o p
ico c
orre
spondie
nte
a u
na e
ner
gía
T.
A c
ontin
uaci
ón m
ost
ram
os
un e
spect
ro a
lfa típ
ico regis
trado
en e
l labora
torio c
on
dos
esp
ect
róm
etros
dis
tinto
s:
Espectro alfa del 210Po registrado en el laboratorio
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 3
0
Las
dife
renc
ias
de la
s re
solu
ciones
de ca
da apara
to se
re
fleja
n en la
sig
uie
nte tab
la:
En r
esu
men
se a
preci
a q
ue e
l esp
ect
ro a
lfa p
rese
nta
un
pic
o c
orr
esp
ondie
nte a
la e
nerg
ía c
inétic
a T
de
em
isió
n d
e la
partíc
ula
, co
n u
na a
nch
ura d
e u
nos
100 k
eV p
ara
una p
artíc
ula
co
n u
na e
ner
gía
de 5
300
keV.
NO
TA
: FW
HM
= F
ull
wid
th a
t H
alf
Maxi
mum
- A
nch
o tota
l de una gauss
iana a
mita
d de su
altu
ra.
Per
mite
est
imar
la
anch
ura
de
la g
auss
iana
(es
pro
por
cional a
sig
ma).