ANÁLISIS DE LAS DESINTEGRACIONES DE UNA FUENTE RADIOACTIVA: Ra-226

Presentación del tema: "ANÁLISIS DE LAS DESINTEGRACIONES DE UNA FUENTE RADIOACTIVA: Ra-226"— Transcripción de la presentación:

1 ANÁLISIS DE LAS DESINTEGRACIONES DE UNA FUENTE RADIOACTIVA: Ra-226
EN LA MEMORIA LAS GRÁFICAS ESTÁN MEJOR! + barras de error, xis, ... Reescribir notas!; repasar Ns, letras, etc. As, N, Colores, vaciar, Reducir tamaño Fernando Hueso González 1º de Física – UVEG 1 1

2 ÍNDICE Fundamentos teóricos Diseño experimental Resultados
Desintegraciones radioactivas Unidades de medida Ra-226 Diseño experimental Detector Geiger-Müller Distribuciones de probabilidad Resultados Estudio de la radiación ambiental Análisis de la radiación del Ra-226 Conclusiones Bibliografía distribución d probabilidad: cómo tratar las medidas  2  2

3 DESINTEGRACIONES RADIOACTIVAS
FUNDAMENTOS TEÓRICOS DESINTEGRACIONES RADIOACTIVAS Emisión espontánea de radiación Desintegración del núcleo Radiaciones α, β, γ Atenuación con láminas Se presenta un fenómeno susceptible de ser estudiado por la física Espontánea, sin agente externo Se denomina número atómico Z al número de protones del núcleo, número másico A de un núcleo, como la suma del número de protones Z y de neutrones N. A =Z+N saturación de las fuerzas nucleares en el interior del Núcleo; dibujito X qué se llama así, razón histórica alfa beta gamma, anteriores a conocimiento estructura núcleo; proceso cuántico X qué un núcleo se desintegra, fuerza nuclear (pintar gráfico) Cuándo se descubre Cómo En q procesos de forma natural + complicado, cuántica, ... Fuerzas nucleares, A esta emisión espontánea de radiación se le denomina radiactividad. Las radiaciones emitidas por una sustancia radiactiva están formadas por partículas a, b y radiación g. · Radiación a: está formada por núcleos de Helio, y su carga es positiva (He++). El proceso de desintegración nuclear que produce la radiación a es el siguiente: · Radiación b: está formada por electrones o positrones. En el proceso de la radiación b se produce alguna de las siguientes transformaciones: · Radiación g: es de naturaleza electromagnética. No es propiamente una desintegración, sino una desexcitación del núcleo de un estado a otro de menor energía y acompaña, generalmente, a los procesos de desintegración a y b. También hay un tercer tipo de emisión radioactiva. Después de una desintegración alfa o beta, un núcleo es frecuentemente dejado en un estado excitado-- esto es, con alguna energía extra. Entonces se "tranquiliza' liberando esta energía en forma de rayos gamma.  3  3

4 CONCEPTOS Y UNIDADES DE MEDIDA
FUNDAMENTOS TEÓRICOS CONCEPTOS Y UNIDADES DE MEDIDA Decaimiento exponencial Vida media Período de semidesintegración Actividad de una fuente radioactiva Unidades de medida: Dosis detectada Becquerel 1 Bq 1 dps Curie 1 Ci 3,7·1010 dps Dosis absorbida Gray 1 Gy 1J/kg=100rad Dosis equivalente Sievert 1 Sv kα=20; kβ,γ,X=1,7 Se llama constante de desintegración radiactiva (lambda) a la constante de proporcionalidad entre el número de desintegraciones por segundo y el número de átomos radiactivos ( ). Se llama vida media de un radioisótopo al tiempo promedio de vida de un átomo radiactivo antes de desintegrarse. Es igual a la inversa de la constante de desintegración radiactiva ( ). Al tiempo que transcurre hasta que la cantidad de núcleos radiactivos de un isótopo radiactivo se reduzca a la mitad de la cantidad inicial, se lo llama periodo de semidesintegración, período, semiperiodo, semivida o vida mitad ( ). Al fin de cada período la radiactividad se reduce a la mitad de la radiactividad inicial. Cada radioisótopo tiene un semiperiodo característico, en general diferente del de otros isótopos. Actividad de una fuente radiactiva: es el número de decaimientos que ocurren en dicha fuente por unidad de tiempo. Dosis absorbida: a la energía depositada en cada unidad de masa; ya que el efecto de una irradiación en un sistema físico o biológico depende, principalmente, de la cantidad de energía transferida al volumen irradiado. Un gray es equivalente a la absorción de un joule de energía ionizante por un kilogramo de material irradiado. Röntgen absorbed dose Tb hay erg, dosis efectivas, etc.  4  4

5 DESINTEGRACIÓN DEL RA-226
FUNDAMENTOS TEÓRICOS DESINTEGRACIÓN DEL RA-226 Radio más radioactivo que uranio 1g Ra-2261Ci 420J/h Ra (1600 años) 2ª columna tabla periódica Ra226 es radioisótopo Existen isótopos inestables o radiactivos e isótopos estables Entonces podemos decir que existen isótopos inestables o isótopos radiactivos que aparecen en alguna etapa de la desintegración de ciertos núcleos. En la tabla 2 aparece una lista de algunos de los isótopos radiactivos más importantes, indicando su peso atómico y su vida media. También hay isótopos estables. Casi todos los elementos tienen más de un isótopo estable. Uno de los ejemplos más notables es el del estaño, el cual llega a 10. Las aplicaciones de los isótopos radiactivos son muy importantes y se estudiarán en la última unidad. Período de semidesintegración largo Desintegración espontanea, sin agente externo Elementos + radioactivos, ... D dónde viene el nombre Número másico, atómico el radio está sobre un millón veces más radiactiva que la misma masa de uranio Actividad, comparación elementos Mientras decae la muestra hay otros elementos, radioactivos! Mezcla! Polonio 210: muerte livtinenko + cancerígeno tabaco Radio mató a Curie Curie trabajó frecuentemente con Radio, que decae en Radon[3] , desintegrándose este a su vez en otros elementos radiactivos que emiten rayos beta y gamma. 448 keV 5% 186 keV 95% Rn (3,8 días)  5  5

6 RADIACIÓN AMBIENTAL Radiación de fondo: isótropa, uniforme, ~cte
FUNDAMENTOS TEÓRICOS RADIACIÓN AMBIENTAL Radiación de fondo: isótropa, uniforme, ~cte Protones, partículas alfa, muones, fotones, neutrones Origen natural: K-40, Rn-226, rayos cósmicos, otros núcleos 4 series radioactivas naturales (núcleos pesados) Origen artificial: residuos, aparatos, prácticas médicas, ... Protección atmosférica: capa de ozono Hablar aquí de dosis límite Radiación de fondo: uniforme, todas direcciones Origen natural: isótopo radioactivo K-40 potasio, rayos cósmicos + materiales radioactivos (efecto rayos cósmicos) (80%) Rayos cósmicos v cerca de c (conductividad atmósfera terrestre) Sol, erupciones solares (baja energía), explosión supernovas, Centaurus (galaxia cercana), estrellas binarias rayos X Desviaicón campo mágnético terrestre 4 series radioactivas naturales 98% protones y alfa; 72 muones, 15 fotones, 9 neutrones 380uSv año Alimentos Nivel dl emar Origen artificial: aparatos, residuos radioactivos, prácticas médicas 222Rn 50% de toda la radiación ionizante natural Atenuación paredes Y eso q Rn corto, muy activo Gas 1 serie ya desaparecida Xo atención, no sólo en fuentes, sino tb en el ambiente hay radiación, procedente de... Constante solar, ... Piloto avión Minerales, torio, potasio, uranio Rayos cósmicos Influencia paredes, reflejos ionosfera? Que tipos Se piensa en cómo detectarlos experimentalmente, ad+ d verificar teoría d sobre qué están hechos (onda-corp....) Maneras de detectarlos (según la E, distinguirlos unos d otros) No es distr. Esférica, sino uniforme? Multidireccional? isóto  6  6

7 DETECCIÓN: CONTADOR GEIGER-MÜLLER
DISEÑO EXPERIMENTAL DETECCIÓN: CONTADOR GEIGER-MÜLLER Tubo con paredes gruesas aislantes: 2 electrodos delgados (volframio): hilo conductor (ánodo) en el eje del cilindro (cátodo),  diferencia potencial continua Ventana permite paso de radiación Gas noble (Argón 90%, Etanol 10%) Aceleración iones (radiación) entre los electrodos  Ionización gas  Avalancha de e- Tensión entre electrodos grande  descarga (pulso eléctrico) ~1V Calibrado del voltaje óptimo de funcionamiento Tiempo muerto ~μs (de recuperación)  corrección en el contaje No distingue partículas (E) Muy sensible, manejable 1kV Avalancha Cuando un ion o electrón penetra en el tubo (o se desprende un electrón de la pared por los rayos X o gamma) se desprenden electrones de los átomos del gas; debido al voltaje positivo del hilo central son atraídos hacia el hilo. Al hacer esto ganan energía, colisionan con los átomos y liberan más electrones, hasta que el proceso se convierte en una "avalancha" que produce un pulso de corriente detectable. Relleno de un gas adecuado, el flujo de electricidad se para por sí mismo o incluso el circuito eléctrico puede ayudar a pararlo. Ahora q ya sabemos cómo se distribuye, necesitamos elegir aparato para DETECTARLAS! Una de las opciones es geiger müller Cómo hacer q no se equivoque con otras energías, q distinga, alfa beta, Tener en cuenta tenuación Error (despreciable frente a lo aleatorio?) Quitamos caperuzón; solo cambia la sección No es eficaz para fotones, x eso va bien! No funciona con neutrones Otros más complicados de contadores, proporcionales, burbujas Región geiger müller? plateau  7  7

8 ANÁLISIS DE DATOS: DISTRIBUCIONES
DISEÑO EXPERIMENTAL ANÁLISIS DE DATOS: DISTRIBUCIONES Distribución de Poisson Distribución de Gauss Hemos hablado d q hay desintegraciones, pero cómo son? Que ecuación sigue ese azar? Cuando hablamos de un número muy elevado de núcleos radioactivos tenemos la: Pues una de Poisson; P es tal.. Mu parámetro, x variable lambdat 2 iguales, u, u-1, si u entero Raíz, errores grandes! Cuando mu grande, se parece a una de Gauss, cuestión d elegir intervalos Distribución de probabilidades, no línea continua! comparación Lo q es la desintegración en sí, radioactividad, x qué, cuántica-química Y qué gobierna esa distribución (x qué poisson, al azar...)  MODELO MATEMÁTICO Para realizar estudio de las cuentas se necesitan tales cosas y se pretenderá ajustar a tal Error será tanto Poisson, Gauss, explicación, simetría, >10 Xi2 para ajustar, CL Error cuentas! 2 parámetros significa que nos puede salir más achatada o alta, ... x>=0, natural x: real Variable discreta Variable continua Asimétrica Simétrica Un parámetro Dos parámetros  8  8

9 ANÁLISIS DE DATOS: HISTOGRAMA
DISEÑO EXPERIMENTAL ANÁLISIS DE DATOS: HISTOGRAMA Distribución normal de Gauss: intervalos de clase ¿Qué valores se esperan teóricamente? Tablas, tipificar+normalizar Nt=100 Anchura del bin = 1 ¿Se ajustan los datos al modelo esperado? Bondad del ajuste En poisson en realidad es un sumatorio Tipificada Ajuste xi2 Sigma punto inflexión; 67% Tablasen Gauss, cálculo en Poisson! Para ver lo esperado! tipificar Dado una media, se busca la distribución model gobernada, sacas valores esperados en función d esa media para ver si sale Luego ves bonda dl ajuste Entre 1 y 5 inconcluyente Grados de libertad: Nb-l l: ligaduras  ecuaciones empleadas Poisson  2 Gauss  3 Nivel de confianza (CL) Tablas Error asignable a los canales de un histograma en un recuento de desintegraciones: Aceptable  9  Inaceptable 9

10 OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO
RESULTADOS OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO Estudio de la radiación ambiental de fondo Distribución de Poisson Valor medio Atenuación Análisis de la radiación del Ra-226 Distribución de Gauss Actividad de la fuente Variación de la intensidad con la distancia RESULTADOS Una vez ya tenemos el contador Gegier Müller para utilizar, podemos planificar. Qué objetivos???!! Q queremos conseguir, y cómo lo montamos para ello cada cosa Lo explico así por puntos o simplemente explico procedimiento experimental y luego vamos ajustando? Esquemita montaje al lado? Fórmulas o no hace falta? Se plantea el experimento, qué cosas observar, objetivos, esquema, procedimiento experimental Las cosas sencillas e interesantes, etc. Comparación en radiación ambiental Y con fuente radioactiva Variación con la distancia de tal... Material y métodos Q no nos dañe (límites OMS), actividad d nuestra muestra; comparar con una radiografía Isótopo del radio, (...), recubierto plomo Rejilla, imán, para distancias importante? APROXIMACIONES, secciones, puntos, dtcias, distribución! Qué problemas técnicos y aproximaciones hay  10  10

11 ESTUDIO DE LA RADIACIÓN AMBIENTAL
RESULTADOS ESTUDIO DE LA RADIACIÓN AMBIENTAL Desintegraciones al azar  Distribución de Poisson N=100 N=50 N=150 Fondo de radiación ambiental?: Radiación ambiental por superficie d detector! Para estudiar se tomaron N medidas, ajustando a poisson Comparación teórico-experimental Explicaciones desajustes, pocas medidas, ... Compatible Media, debida a tal, actividad, restar en lo sucesivo Se concluye que sí es una distribución de poisson la que gobierna los sucesos azarosos  11  11

12 ESTUDIO DE LA RADIACIÓN AMBIENTAL
RESULTADOS ESTUDIO DE LA RADIACIÓN AMBIENTAL Atenuación en estancias protegidas N=25 Comparar con anterior Decir x qué seguro q ha cambiado, influencia paredes, atenuación!! Q tipo de radiación, influencia paredes... Radiación solar Como N=25, mucho error, no suficientes medidas, se parece poco, pero orientativo!  12  12

13 FUENTE RADIOACTIVA: Ra-226
RESULTADOS FUENTE RADIOACTIVA: Ra-226 Actividad de la muestra: 3,7kBq=0,1μCi (x la radiación ambiental) Cuentas en intervalos de 10s a una distancia fija (9,5cm) N=150 Dosis equivalente: Situamos, quitamos protector recubierto Establecemos distancia, fijo imán sobre rejilla Medidas a punta pala Tabla comparando valores medios ambientales? X10000 sólo si t la pegas al cuerpo Recordad el número! Mejor tiempo más largo q muchas medidas? Distribución aleatoria,a quí ordenadito pero sale primero una cosa, luego otra... A primera vista no se ve la dis. Normal, pues hay pocas medidas, x eso hacemos bines. Xo no se ve dist. bines y se verá campana Tabla esperados-xi2? 420microjulios/hora80kg, cálculo aproximado al alza 100 mSv (10 rem) en un periodo de 1 año Lo q importa son los órdenes d magnitud 400Bq/m3 Lejos de los Grays Zona Dosis Zona gris o azul de 0,0025 a 0,0075 mSv/h Zona verde de 0,0075 a 0,02 mSv/h Zona amarilla de 0,02 a 2 mSv/h Zona naranja de 2 a 100 mSv/h Zona roja > 100 mSv/h  13  13

14 HISTOGRAMA DE CLASES Elección de los intervalos de clase
RESULTADOS HISTOGRAMA DE CLASES Elección de los intervalos de clase Simetría Poisson (μ>10) Gauss N=150 Anchura del bin = 3 U>10 + fácil d calcular  14  14

15 Ajuste por mínimos cuadrados
RESULTADOS HISTOGRAMA DE CLASES 8 intervalos de clase Anchura del bin = 5 r = 0,89 +ecuaciones? 3 ligaduras Sale mejor con anchura=3 Desvest coincide con raíz… Dist. Gauss, poisson se simetriza Comparar según medidas Comparar con poisson Vida media, etc. Cambia totalmente con n bines Ajuste por mínimos cuadrados  15  15

16 AJUSTE A UNA DISTRIBUCIÓN NORMAL
RESULTADOS AJUSTE A UNA DISTRIBUCIÓN NORMAL Cuantas más medidas, mejor es el ajuste Superficie del detector: r50 = 0,939 r100 = 0,977 r150 =0,980 Superficie de la esfera: Actividad de la muestra: Vida media, período de semidesintegración (exponencial) Período de semidesintegración de Ra-226: Tm= 1602 años  16  16

17 RADIACIÓN SEGÚN LA DISTANCIA
RESULTADOS RADIACIÓN SEGÚN LA DISTANCIA Ley inversa del cuadrado de la distancia Desplazamiento de la función en el origen Colores!!! Lambda? Emisión muestra es isótropa Explicación montaje, Medimos distancias aprox, método de 5 cuentas de 20s en cada distancia Cómo varía, se espera distr. esférica, Modelo punto sección circular (aproximación) Errores altos, es normal, difícil ajuste, desintegración al azar, raíz! Pocas medidas, etc.!!! Tb puede haber algún error sistemático distancia Desplazamiento origen, problema distancia precisión! Aproximación, peq variación gran desviación En efecto r saldrá mejor! Haría falta determinar con más precisión para asegurar mejor, xq si no err rel. Enorme (dsv. Curva importa!) Tiende asintóticamente a cero, no hemos puesto ningún más menos para desplazarla arriba o abajo. Si tenemos n cuenta error dtcia punto o no. Una parte es error distancia y otra parte es la desviación teórica q no tiene q ver con la distancia, difícil de separar!.., podemos legar a los 3700 Bq D todas formas aun cuando sale y error x desintegración, es coherente xq estamos aproximando fuente punto... A medio metro de la muestra, el efecto es el mismo que el de la rad. Amb. No vuelvo a mostrar gráfica xq r también igual Análisis valores d la función en…. r = 0,9997 Actividad:  17  17

18 RADIACIÓN SEGÚN LA DISTANCIA
RESULTADOS RADIACIÓN SEGÚN LA DISTANCIA Transformación lineal  eje de abcisas: QUITAR ANIMACIONES Sumarle eso y sale mejor q sin! (la forma simple) Tiende a cero si d tiene a infinito A partir d una cierta distancia se le añade un efecto de atenuación (x eso el cero tampoco es preciso) expon. La recta acaba en 1/B^2  18  18

19 Radiación ambiental de fondo
CONCLUSIONES Radiación ambiental de fondo Desintegración azarosa, distribución de Poisson Valor medio muy bajo Atenuación por paredes Ra-226 Distribución normal, ajuste a Xi2 Actividad de la muestra Dosis recibida Período de semidesintegración largo Variación con la inversa del cuadrado de la distancia Efectividad del contador Geiger-Müller  19  19

20 BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA
Guión prácticas?; Tema F.Silva  20  20

21 ANÁLISIS DE LAS DESINTEGRACIONES DE UNA FUENTE RADIOACTIVA: Ra-226
Fernando Hueso González 1º de Física – UVEG ferhueXalumni.uv.es 21 21