UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
ATENUACIÓN DE LA RADIACIÓN FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS E.A.P. MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA NOMBRES Y APELLIDOS: -
Chávez Alvarado Alys Mercedes
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Chumpitaz Bermejo Astrid Carolina
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Di liberto Campos Catherine Rubí
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Huayanay Ostos Keny Pierson
PROFESOR: Edgar Gulden
INTRODUCCIÓN Cuando la radiación electromagnética atraviesa una capa de materia, se produce absorción y se eliminan selectivamente ciertas frecuencias de la radiación incidente. El estudio de las frecuencias de radiación absorbidas por una muestra constituye el espectro de absorción de la misma y ofrece un medio para caracterizarla. Toda molécula posee una serie de cantidades discretas o cuantos de energía, denominados niveles de energía. La radiación electromagnética es generada generada de muchas formas. Por ejemplo, producen producen esta radiación las antenas emisoras de radio, televisión y radar, y también el sol, los teléfonos móviles, las luminarias, los equipos de TV, los satélites y los hornos de microondas. microondas. Sin embargo, a pesar de uso cotidiano y de la continua exposición del organismo a estas radiaciones, algunas de ellas pueden llegar a ser perjudiciales para los tejidos, en dependencia de su frecuencia e intensidad. En esta práctica se tiene t iene como objetivos verificar la ley experimental de la atenuación de la radiación electromagnética, etc.
FUNDAMENTO TEÓRICO EL PASO DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA POR LA MATERIA Los rayos X y gamma, al no tener carga, no pueden ser frenados lentamente por ionización al atravesar un material. Sufren otros mecanismos que al final los hacen desaparecer, transfiriendo su energía , pueden atravesar varios centímetros de un sólido, o cientos de metros de aire, sin sufrir ningún proceso ni afectar la materia que cruzan. Luego sufren uno de los tres t res efectos y depositan allí gran parte de su energía. Los tres mecanismos de interacción con la materia son: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la producción de pares. Se describen en forma gráfica en la figura 13.
a) El efecto fotoeléctrico consiste en que el fotón se encuentra con un electrón del material y le transfiere toda su energía, desapareciendo el fotón original. El electrón secundario adquiere toda la energía del fotón en forma de energía cinética, y es suficiente para desligarlo de su átomo y convertirlo en proyectil. Se frena éste por ionización y excitación del material
b) En el efecto Compton el fotón choca con un electrón como si fuera un choque entre dos esferas elásticas. El electrón secundario adquiere sólo parte de la energía del fotón y el resto se la lleva otro fotón de menor energía y desviado.
c ) Cuando un fotón energético se acerca al campo eléctrico intenso de un núcleo puede suceder la producción de pares. En este caso el fotón se transforma en un par electrón- positrón. Como la suma de las masas del par es 1.02 MeV, no puede suceder si la energía del fotón es menor que esta cantidad. Si la energía del fotón original en mayor que 1.02 MeV, el excedente se lo reparten el electrón y el positrón como energía cinética, pudiendo ionizar el material. El positrón al final de su trayecto forma un positronio y luego se aniquila produciéndose dos fotones de aniquilación, de 0.51 MeV cada uno. Cada uno de los efectos predomina a diferentes energías de los fotones. A bajas energías (rayos X) predomina el fotoeléctrico; a energías medianas (alrededor de 1MeV) , el Compton; a energías mayores, la producción de pares.
Figura 13. Las tres maneras principales de que los rayos X y los rayos y interaccionan con la materia. En los tres casos se producen electrones energéticos.
ATENUACIÓN DE LOS RAYOS X Y GAMMA GAMMA Supóngase que se envía un haz delgado de intensidad I0 (número de fotones) de rayos Xo gamma monoenergéticos sobre un material de espesor x, y se coloca detrás de éste un detector, como lo muestra la figura 14. En el material, el haz será atenuado por las tres interacciones ya mencionadas, llegando al detector sólo la cantidad I, menor que I0. Según se muestra en el Apéndice III, la atenuación obedece la ley exponencial:
I = Ioe-mx ,
Donde e es la base de los logaritmos naturales, y m se llama coeficiente lineal de atenuación. Normalmente x se expresa en unidades de cm, por lo que m estará dado en cm -1.
Figura 14. Experimento de transmisión de radiaciones. El número de radiaciones absorbidas es Io -I, y depende del espesor x del absorbedor.
Figura 15. Curva exponencial de atenuación de rayos X o gamma. Se indican las capas hemirreductora y decimorreductora.
Nótese que la ecuación tiene la misma forma que la ley de decaimiento radiactivo. La figura 15 muestra una curva de atenuación típica. Cuando x= 0, o sea sin absorbedor, la intensidad medida I= I0. El valor del coeficiente lineal de atenuación m determina qué tan rápidamente cae la curva de atenuación. En analogía con la vida media, se puede definir la capa hemirreductora x1/2 como el grueso de absorbedor que reduce la intensidad inicial a la mitad. Dos capas hemirreductoras la reducen a una cuarta parte, y así sucesivamente, n capas hemirreductoras la reducen por un factor 1/2n. La capa hemirreductora está relacionada con el coeficiente lineal de atenuación según la ecuación
x1/2= 0.693/m También se define la capa decimorreductora x 1/10 como el espesor que reduce la intensidad a una décima parte. Dos de éstas la reducen a un centésimo, y n capas decimorreductoras la reducen a un factor 110n. La capa decimorreductora se relaciona con m según la ecuación:
x1/10 = 2.203/m Una cantidad que se usa normalmente es el coeficiente másico de atenuación um, que se obtiene al dividir el coeficiente lineal entre la densidad p del material
mm= m/p Si las unidades de p son g/ cm³, las de um con cm²/ g. Si se emplea el coeficiente másico de atenuación, la ley de atenuación queda en la forma
I = Io e- mm (px) Los coeficientes lineales y másico de atenuación difieren de un material a otro, según sean bueno o malos absorbedores de rayos X y gamma. También sus valores dependen de la energía de la radiación. La figura 16 muestra un ejemplo de la variación del coeficiente másico de atenuación para un buen absorbedor, el plomo, según la energía. Allí se puede ver también la contribución relativa que ofrecen cada uno de los tres efectos de atenuación.
Figura 16. Coeficiente másico de atenuación de rayos X y gamma en plomo, según la energía del fotón. Se indica la contribución de cada uno de los tres efectos. La absorción de energía por el material está relacionada por la atenuación, pero no son iguales. La atenuación en un experimento como el de la figura 14 implica absorción de energía sólo si se trata de efecto fotoeléctrico; en los otros dos efectos, la atenuación del haz inicial implica la absorción de sólo una parte de la energía de los fotones. Se define entonces un coeficiente de absorción ua, que siempre es menor o igual al de atenuación.
PROCEDIMIENTO
- Realizar las conexiones del sistema detector. Verificar que la escala sea la correcta y asegurar que la escala esta calibrada a cero. - Registrar el contaje de fondo para un intervalo de tiempo a 5 minutos. - Fijar el tiempo de exposición y/o contaje. - Colocar la fuente de radiación en línea recta con el eje detector (sobre una base graduada) a una distancia de 5 cm del detector y registrar 10 lecturas. - Colocar una absorbedor de espesor “X” entre la ventana del detector y la fuente de radiación para registrar 10 lecturas. - Repetir para diferentes espesores del absorbedor y anotar en la tabla 1.
TABLA 1 Tiempo: 10 s Fondo:
Absorbente: Vidrio Densidad: 2500 Kg/m3
Fuente: Luz eléctrica Energía: Fotómetro
Espesor (mm) 0
Lecturas (10)
< Lneta > ± s
55,25
55,25 ± 0.05
5
50,55
50,55 ± 0,05
10
45,20
45,20 ± 0.05
15
36,25
36,25 ± 0,05
20
33,30
33,30 ± 0.05
25
30,25
30,25 ± 0,05
30
28,50
28,50 ± 0,05
35
26,90
26,90 ± 0,05
RESULTADOS COEFICIENTE DE ATENUACIÓN LINEAL:
Con 5mm de espesor: 50.55 candelas.
ln 55.25⁄50.55 = ∗ 0.00 0.0055 = 17.78
Con 10mmm de espesor: 45.2 candelas.
ln 55.25⁄45.2 = ∗ 0.01 01 = 20.08
Con 15mm de espesor: 36.25 candelas.
ln 55.25⁄36.25 = ∗ 0.01 0.0155 = 28.09
Con 20mm de espesor: 33.3 candelas.
ln 55.25⁄33.3 = ∗ 0.02 02 = 25.31
Con 25mm de espesor: 30.25 candelas.
ln 55.25⁄30.25 = ∗ 0.02 0.0255 = 24.09
Con 30mm de espesor: 28.5 candelas.
ln 55.25⁄28.5 = ∗ 0.03 03 = 22.06
Con 35mm de espesor: 26.9 candelas.
ln 55.25⁄26.9 = ∗ 0.035 = 20.56 Con los valores hallados calculamos µ:
20.08 + 28.09 28.09 + 25.31 25.31 + 24.09 09 + 22.06 22.06 + 20.56 20.56 = 22.56 = 17.78 + 20.08 7 DETERMINANDO EL ESPESOR DE SEMIRREDUCCIÓN:
ln 2 / = ln2
/ = 0.03
DETERMINANDO EL COEFICIENTE DE ATENUACIÓN MÁSICO:
= 2.5 ⁄ = = 22.56 2.5 = 9,02
CONCLUSIONES
La interacción de la radiación electromagnética con la materia va ha producir 3 efectos de absorción: el efecto fotoeléctrico, el efecto compton y la producción de pares. La atenuacion atenuacion de de la intensidad de la radiacion depende del espesor espesor y de la naturaleza del material absorbente.
RECOMENDACIONES
Al realizar realizar las conexiones del sistema sistema detector, verificar si si la escala usada es correcta y este calibrada en cero. Tener cuidado cuidado al realizar las mediciones, mediciones, ya ya que al desviar desviar un poco la fuente que atenúa la radiación el instrumento que mide la intensidad puede variar. Tener en cuenta las recomendaciones recomendaciones y cuidados sugeridos por el profesor.
BIBLIOGRAFIA
Radiación electromagnética. electromagnética. (2012, 17) de Noviembre. Noviembre. Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 22:16, Noviembre 17, 2012 from http://es.wikipedia.org/w/index.php http://es.wikipedia.org/w/index .php?title=Radiaci%C3%B3n_electromagn ?title=Radiaci%C3%B3n_electromagn %C3%A9tica&oldid=9509035. AsiFunciona.com. Publicación On-Line. Disponible: http://www.asifunciona.com/fisica/af_espectro/af_espectro_1b.htm
CUESTIONARIO 1. ¿ que forma tiene la grafica grafica del paso 1, se verifica verifica la ley exponencial exponencial de atenuación de fotones? Fundamente Si verifica la ley exponencial ya que al aumentar el espesor disminuye la energìa. Si un haz monoenergético de fotones cuyo flujo es
ᵩ
fotones/cm².s incide
perpendicularmente sobre un material de espesor x se producirá una atenuación progresiva progresiva a medida que el espesor interpuesto vaya aumentando, de suerte que el flujo primario emergente emergente viene dado por la expresión:
ᵠ = ᵠ
Donde:
: Es un parámetro llamado coeficiente de atenuación lineal. : Es el espesor del absorbente. La forma de la expresión indica que un haz monoenergético de radiación sufre atenuación exponencial al atravesar un absorbente. Hay que tener en cuenta que la validez de este enunciado requiere: a.- Fotones monoenergético b.- Haz colimado (fotones de trayectorias t rayectorias paralelas). c.- Espesor de absorbente delgado Debido a la ley de atenuación exponencial, los fotones carecen de alcance
ᵠ
definido. Sería necesario un un valor infinito de para que fuera igual a cero, no obstante se puede hablar de recorrido libre medio, que es la inversa del coeficiente de atenuación lineal y representa el promedio del recorrido de los fotones en el material antes de interaccionar. Para los fotones de un tubo de rayos X, la expresión anterior es inadecuada, pues los fenómenos que motivan la atenuación tienen diferentes probabilidades para fotones de distintas energías, ya que los fotones muy energéticos son muy penetrantes, mientras que los pocos energéticos son fácilmente absorbidos, en comparación con los primeros.
Coeficiente de atenuación lineal y másico
El coeficiente de atenuación lineal, que aparece en la anterior expresión representa la probabilidad por unidad de recorrido, de que un fotón sufra atenuación en el medio absorbente. El coeficiente de atenuación lineal es función de la energía de los fotones y del número atómico efectivo del absorbente. Este coeficiente se suele expresar en − y en en este caso el espesor espesor x, en en el exponente de la expresión debe expresarse en cm.
En muchas ocasiones ocasiones es más útil que el espesor espesor lineal de un absorbente absorbente x, el , y que se define como: llamado espesor másico expresado en
/
= (), 20 Donde: p representa la densidad del material en cuestión. En los problemas de atenuación en los que el espesor de absorbente se expresa en forma másica, se debe utilizar el llamado coeficiente de atenuación másico .
= El coeficiente de atenuación másico se expresa en
.
El coeficiente de atenuación lineal es función de la energía de los fotones, y del número atómico y del estado de agregación del absorbente (no produce por ejemplo la misma atenuación el agua en forma líquida que el vapor de agua). Para fotones monoenergético se llama expresión de semirreduccción al grosor de absorbente que reduce el flujo de un haz de radiación a la mitad. Se demuestra que que el espesor de semirreduccción semirreduccción vale:
= 0.693/
Igualmente se define el espesor decimorreductor como el espesor de absorbente que reduce el flujo del haz emergente a la décima parte del flujo incidente. Estas definiciones no son válidas para rayos X por el carácter inhomogéneo del espectro, por lo que en este caso se definen los espesores semirreductores o decimorreductores, como los respectivos espesores de absorbente que reducen la tasa de exposición exposición del haz emergente emergente a la mitad o décima parte de la tasa del haz incidente. i ncidente.
2. Compare los valores de los coeficientes de atenuación determinados por ambos métodos. Los valores de coeficientes de atenuación lineal son mayores con respecto a los coeficientes de atenuación másico. El promedio es:
> à 22,56 9,02 3. Compare los coeficientes de atenuación experimentales con los teóricos. Explique. 4. Mencione las aplicaciones de atenuación atenuación de la radiación. Si es radiación ionizante la aplicación principal de la atenuación es para fines de protección. Clasificación de descendente)
la radiación
electromagnética (en
orden
de
frecuencia
Las radiaciones de menor frecuencia no son capaces de disgregar los átomos y moléculas que componen los tejidos, los tejidos, y durante mucho tiempo existió la creencia de que esta radiación era perjudicial sólo en intensidades muy elevadas. Sin embargo, ante la proliferación de equipos eléctricos y electrónicos que generan radiaciones no ionizantes de alta y baja frecuencia, en la última década han comenzado a ser objeto de atención de atención las posibles consecuencias de una exposición prolongada a este tipo de radiación. Se produce un efecto biológico cuando la radiación origina algún cambio algún cambio perceptible en el organismo. El efecto no tiene que ser necesariamente perjudicial; puede ser inocuo, e incluso provechoso. Es benéfica, por ej, la producción la producción de vitamina D por el organismo en respuesta a la absorción de la radiación solar en la piel. Pero el exceso de esta misma radiación puede causar quemaduras a corto plazo y cáncer a largo plazo, por un efecto acumulativo. Comúnmente existe un límite entre lo inocuo o provechoso y lo perjudicial según sea la intensidad de la radiación y el tiempo de exposición, factores que regulan la cantidad absorbida por el organismo.
