Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 1 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP PN 1927 Efecto Compton COMPTON, ARTHUR HOLLY "for.

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1 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 1 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP PN 1927 Efecto Compton COMPTON, ARTHUR HOLLY "for his discovery of the effect named after him"- WILSON, CHARLES THOMSON REES "for his method of making the paths of electrically charged particles visible by condensation of vapour"

2 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 2 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Efecto Compton

3 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 3 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Efecto Compton Phys. Rev. 22, 409 (1923) Phys. Rev. 21, 483 (1923) Phys. Rev. 21, 715 (1923) Determinaciones experimentales utilizando ranuras de dos anchos distintos. Fig 4 corresponde a la menor. Intensidad de rayos X monocromáticos dispersados a distintos ángulos por un blanco de grafito en función de la longitud de onda de la radiación dispersada. La longitud de onda de la radiación dispersada está expresada (en grados) como el ángulo de difracción producido por un cristal de calcita.

4 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 4 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP inner shell electrons outer shell electrons Efecto Compton

5 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 5 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La calcita y la difracción de los rayos X del Mo. a) Cuál es la longitud de onda de la línea K  del Mo? = ? b) Qué espaciado entre planos cristalinos de la calcita podrían dar lugar a la difracción observada por Compton? d = ? c) La estructura de la calcita (CO3Ca) es: Calcite, CaCO3 Rhombohedrally centred hexagonal lattice a = 499 pm, c = 1700 pm 6 Ca at 0, 0, 0 and 0, 0, 1/2 6 C at 0, 0, 1/4 and 0, 0, 3/4 18 O at x, 0, 1/4 ; 0, x, 1/4 ; -x, -x, 1/4 ; -x, 0, 3/4 ; 0, -x, 3/4 ; x, x, 3/4; with x = 0.257

6 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 6 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La calcita y la difracción de los rayos X del Mo.

7 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 7 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La calcita y la difracción de los rayos X del Mo.

8 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 8 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La calcita y la difracción de los rayos X del Mo.

9 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 9 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La calcita y la difracción de los rayos X del Mo. An X-ray examination of a sample of pure calcite and of solid-solution effects in some natural calcites. K. W. ANDREWS American Mineralogist 34, 769 (1949)

10 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 10 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La calcita y la difracción de los rayos X del Mo. The Grating Space of Calcite and Rock Salt Phys. Rev. 25, 625 – Published 1 May 1925 A. H. Compton, H. N. Beets, and O. K. Defoe ABSTRACT Grating spaces of calcite and rock salt are recalculated using the new values for the crystal densities obtained by DeFoe and Compton, and come out for calcite 3.0291±.0010A and for rock salt, 2.8147±.0009A at 20°C. Absolute wave-length values corrected for refraction.—The correction is made by using an effective grating space slightly smaller than the true value. For the first order from calcite the effective value is 3.0287 and for rock salt 2.8144A, both at 20°C. Using these values the wave-length of Mo Kα1 line is found (Siegbahn) to be 0.70749±.00023A.

11 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 11 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP (h k i l) i =  (h + k) a1a1 a2a2 a3a3 Intersecciones → 1 1 - ½  Plano → (1 1  2 0) La notación de cuatro índices se usa para hacer más clara la equivalencia entre planos y direcciones cristalograficamente equivalentes. Cristales hexagonales Indices de Miller-Bravais

12 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 12 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP a1a1 a2a2 a3a3 Intersecciones →  1 -1  Miller → (0 1 0) Miller-Bravais → (0 1  1 0) Intersecciones → 1 -1   Miller → (1  1 0 ) Miller-Bravais → (1  1 0 0 ) Ejemplos para mostrar la utilidad de la notación de 4 índices. Cristales hexagonales Indices de Miller-Bravais

13 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 13 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP a1a1 a2a2 a3a3 Intersecciones → 1 1 - ½  Plane → (1 1  2 0) Intersecciones → 1 -2 -2  Plano → (2  1  1 0 ) Ejemplos para mostrar la utilidad de la notación de 4 índices. Cristales hexagonales Indices de Miller-Bravais

14 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 14 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Intersecciones → 1 1 - ½ 1 Plano → (1 1  2 1) Intersecciones → 1   1 1 Plano → (1 0  1 1) Cristales hexagonales Indices de Miller-Bravais

15 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 15 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Conservación de la energía Conservación del impulso Efecto Compton

16 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 16 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Restando:  C =0.0242 A Efecto Compton

17 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 17 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Ionización Excitación Bremsstrahlung Fotones primarios Interacción de la radiación con la materia Recombinación e - -Auger EF EC CP EF Aniquilación

18 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 18 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Efecto Compton

19 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 19 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Los isótopos radiactivos: 27 años -- 662 keV 2.6 años 1274 keV ++ Efecto Compton

20 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 20 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Efecto Compton Detector

21 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 21 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Efecto Compton

22 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 22 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Efecto Compton

23 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 23 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La energética de la desintegración radioactiva Puede obtenerse una determinación completamente acertada de las diferencias de masas atómicas a partir de las mediciones de las energías de las radiaciones nucleares siempre que el esquema de desintegración del núcleo padre sea conocido. Desintegración β - Experimentalmente:

24 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 24 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La energética de la desintegración radioactiva es la máxima energía cinética que aparece en el continuo espectro Además Llamando a la energía observable del proceso Entonces: Si sumamos la masa de Z electrones atómicos a ambos miembros:

25 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 25 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La energética de la desintegración radioactiva De donde, despreciando la diferencia de energía de ligadura de los electrones atómicos: Así, para desintegración β - : Hay varios tipos de diagramas de niveles para ilustrar el esquema de desintegración de isótopos radioactivos.

26 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 26 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Desintegración β +

27 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 27 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP La energética de la desintegración radioactiva En contraste con todo otro tipo de desintegración, la energía T 0 en la desintegración por emisión de positrón no es directamente igual al cambio en masa de átomos neutros. Hay un término 2m 0 c 2 de corrección. Cuando un núcleo emite un positrón, el átomo neutro tiene un electrón menos. La desintegración β + elimina un positrón del núcleo y un electrón del átomo. El positrón vive cerca de 100 ps y se aniquila con un electrón. Se emiten dos fotones de energía hυ= m 0 c 2 = 511 keV. Se puede interpretar esta energía de 1022 keV como la energía adicional emitida en una desintegración por emisión β +.

28 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 28 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Insertando la masa de (Z-1) electrones a ambos lados de la ecuación: Captura Electrónica

29 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 29 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Efecto Compton 136.9058274 amu 136.9070895 amu ? 1 amu = 931.49432 MeV a)Cuál es la masa-energía del nivel metaestable del 56Ba137m? b) Hacer el cálculo a partir de los datos de los otros dos estados nucleares involucrados c) Que energía tienen los electrones de conversión emitidos? d) Que energía tienen los rayos X que siguen a la emisión de electrones de conversión? e) Que energía tendrían los electrones Auger?

30 Física Experimental IV Curso 2014 Clase 8 Página 30 Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Efecto Compton ? 21.9944364 amu 21.9913851 amu 1 amu = 931.49432 MeV a)Cuál es la masa-energía del nivel excitado del 22Ne? b) Cuál es la energía máxima de los rayos  + emitidos? c) Cuál es la energía máxima de los neutrinos emitidos siguiendo al proceso  + ? d) Cuál es la energía de los neutrinos emitidos siguiendo a la captura electrónica? e) Cuál es la energía de los rayos X siguiendo a la captura electrónica? f) Puede haber electrones Auger?. Qué energía tendrían?