Informe de Laboriatorio 8 Fisica 3

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE BOLIVAR Facultad de Ciencias Básicas Departamento de Física

DETECCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UN ESPECTRO DE RAYOS GAMMA Valeria Grau1, Karen Rincon 2, Duvan Araque3, Kevin Dominguez 4 1

Ingeniería Civil

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Ingeniería Civil

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Ingeniería Ambiental 4

Ingeniería Civil

1. Introducción Principalmente debemos manejar el concepto de Radiación Gamma o Rayos Gamma, este es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto formada por fotones, producida generalmente por elementos radiactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos astrofísicos de gran violencia. violencia. Dada su alta energía energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. Los rayos gamma se producen en la des excitación de un nucleón de un nivel o estado excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos. En general, los rayos gamma producidos en el espacio no llegan a la superficie terrestre, pues los absorbe la alta atmósfera. Para detectarlos, en ambos casos se utiliza el efecto Compton. Estos rayos gamma se originan por fenómenos astrofísicos astrofísicos de alta energía, como explosiones de supernovas o núcleos de galaxias activas. Debido a la capacidad de penetrar en los tejidos, los rayos gamma o los rayos X tienen un amplio espectro de usos médicos, como la realización de tomografías y radioterapias. Sin embargo tienen la habilidad de provocar cambios cambios moleculares, moleculares, pudiendo tener tener efectos cancerígenos si el ADN es afectado en el ser humano, por ello su uso está bajo restricciones y solo disponible para la salud, investigación científica y otros contados campos. 1

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2. Marco Teórico : ¿A qué se deben los procesos radiactivos? La radiactividad es una propiedad de ciertos elementos químicos cuyos núcleos atómicos son inestables los cuales, para evitar esa situación y pasar a un estado de estabilidad, se transforman en otro tipo de núcleos con la emisión de determinadas partículas (alfa, que son núcleos de Helio, y beta que son electrones) o de fotones gamma (radiación electromagnética), ha este cambio interno se le conoce como desintegración radiactiva. ¿Cuál es la diferencia entre decaimientos y reacciones nucleares? El decaimiento radiactivo es un proceso en el que un núcleo inestable se transforma en uno más estable, emitiendo partículas y/o fotones y liberando energía durante durante el proceso. Mientras Mientras que la reacción nuclear es un proceso de combinación y transformación de las partículas y núcleos atómicos, en donde se cumplen los los principios de conservación conservación de la masa, de la energía total, del momento lineal, del momento angular y de la carga eléctrica, pero además es necesario tener en cuenta la conservación del número de nucleones. ¿Qué son los estados metaestables metaestables de un núcleo? Es la propiedad que un sistema (núcleo) con varios estados de equilibrio, tiene de exhibir, durante un considerable período de tiempo, un estado de equilibrio débilmente estable. Sin embargo, bajo la acción de perturbaciones externas (a veces no fácilmente detectables) dichos sistemas exhiben una evolución temporal hacia un estado de equilibrio fuertemente estable. Normalmente la metaestabilidad es debida a transformaciones transformaciones de estado lentas. ¿Qué tipo de decaimientos sufren los núcleos Co-60, Ra-226 y Cs-








El Ra-226 sufre un decaimiento alfa en donde elementos pesados puede decaer emitiendo partículas alfa, que consisten de un agregado de dos protones y dos neutrones. neutrones. Estas partículas alfa son idénticas idénticas a núcleos núcleos de helio (4He), por lo que su carga es +2e y su número de masa es 4. Cuando un núcleo emite una partícula alfa, pierde 2 unidades de carga y 4 de masa, transformándose en otro núcleo, como lo indica el siguiente ejemplo: 226 Ra 88

222 Rn + 4 86 2

El Co-60 sufre sufre decaimiento beta en donde Hay dos tipos tipos de decaimiento beta, el de la partícula negativa y el de la positiva. La partícula beta negativa que se emite es un electrón, con su correspondiente carga y masa, indistinguible de los electrones de las capas atómicas. En vista de que los núcleos no contienen electrones, la explicación de esta emisión es que un neutrón del núcleo se convierte en un protón y un electrón; el protón resultante permanece dentro del núcleo en virtud de la fuerza nuclear, y el electrón escapa como partícula beta. El número de masa del núcleo resultante es el mismo que el del núcleo original, pero su número atómico se ve aumentado en uno, conservándose conservándose así la carga. Algunos núcleos emiten partículas beta positivas (positrones), (positrones), que tienen la misma masa que los electrones, y carga +e, o sea una carga electrónica pero positiva. Estas partículas partículas son las antipartículas antipartículas de los electrones. electrones. Se crean en el núcleo cuando un protón se convierte en un neutrón. El nuevo neutrón permanece en el núcleo y el positrón (junto con otro neutrino) es emitido. En consecuencia, el núcleo pierde una carga positiva.








3. Resumen se conoce como radiactividad (también denominada radioactividad, según acepta la la Real Academia Española) Española) a la propiedad de ciertos cuerpos dotados co n átomos que, al desintegrarse de forma espontánea, generan radiaciones. generan radiaciones. Este fenómeno de carácter físico po si bi li t a la impr im pr e si ón de pl ac as fo to gr áf ic as , la g en erac er ac ió n de fluorescencias o la ionización de gases, entre otras cuestiones.

Cabe resaltar que las radiaciones pueden clasificarse como electromagnéticas (rayos X o rayos gamma) o corpusculares. Al atrav esar un medio, medio, la radiactividad lo ioniza, ya sea de manera directa o indirecta.Un elemento po se e ra di ac ti vi da d cu an do sus su s isótopos no son estables y necesitan perder energía energía pa ra al ca n za r su s u est es t ado ad o fu nd ame am e nt al . Esta pérdida de energía se produce con emisiones de tipo electromagnético de partículas, lo que le permite modificar la energía presente en sus nucleones o electrones, o variar el isótopo.La radiactividad tenemos que exponer que tiene su origen en el siglo XIX y más concretamente en el año 1896 pu e s fu e c ua nd o el fí si c o fr an c és He nr i Be cq u er el (g an ad or del Premio Nobel de Física en 1903) la descubrió por casualidad. Y es que el mismo se encontraba trabajando en los fenómenos de la fosforescencia y la fluorescencia con un mineral que contenía uranio, el cristal de Pechblenda. Así, a partir de aquel y por la pura casualidad de que un día de sol descubrió que la placa fotográfica con la que operaba, ju nt o al ci ta d o u rani ra ni o, es t ab a ve l ada ad a a pe sa r d e q u e n o h ab e r recibido los rayos del Astro Rey, fue como comprendió que








4. Abstract: It is known as radioactivity to the property of certain bodies endowed with atoms that, upon disintegrating spontaneously, generate radiations. This physical phenomenon allows the printing of photographic plates, the generation of fluorescence or the ionization of gases, among other issues. It should be noted that radiation can be classified as electromagnetic (Xrays or gamma rays) or corpuscular. When passing through a medium, radioactivity ionizes it, either directly or indirectly. An element has radioactivity when its isotopes are not stable and need to lose energy to reach its ground state. This loss of energy occurs with electromagnetic emissions of particles, which allows you to modify the energy present in your nucleons or electrons, or vary the isotope. The radioactivity we have to expose that has its origin in the nineteenth century and more specifically in the year 1896 because it was when the French physicist Henri Becquerel (winner of the Nobel Prize in Physics in 1903) discovered it by chance. And it is that he was working on the phenomena of phosphorescence phosphorescence and fluorescence with a mineral that contained uranium, the crystal of Pechblenda. Thus, from that and by the sheer chance that a sunny day discovered that the photographic plate with which he operated, next to the aforementioned uranium, uranium, was veiled despite not having received the rays of the Astro Rey, it was as he understood that the aforementioned crystal possessed radiation. radiation. Keywords: radiation, spectrum, Nuclear Decay.








5. Análisis y resultados En cada una de las siguientes tablas mostraremos el comportamiento los espectros de emisión de rayos gammas . Aquí podemos notar el espectro de emisión de los cesio (cs)-137, al cual le aplicamos una calibración y nos arrojo los siguientes resultados : Espectro del Cesio-137

1er pico 99,102 2do pico 6,0692

CESIO 137 Energía (keV) 661,66 Energía (keV) 32,19

Tabla 1. Energía de los picos en el espectro de Cesio-137 En esta segunda parte, podemos notar el espectro de los cobalto 60, el cual nos arrojo 2 pico, a continuación mostramos los resultados en la tabla. Espectro del Cobalto-60

COBALTO 60 Pico Energía (keV) Desviación (keV) 1 1147,19 11,51 2 1299,53 10,26 Tabla 2. Energía de los picos en el espectro de Cobalto-60.










Aquí podemos notar, el espectro de eision de rayos gamma para el el Radio(Ra)- 226, en el cual se pueden notar 8 picos, los cuales representan representan las siguientes características: Espectro del Radio-226

Pico 1 2 3 4 5 6 7 8

RADIO 226 Energía Desviación (keV) (keV) 52,02 0,0 87,39 5,91 153,51 0,0 191,42 3,31 240,85 8,10 298,82 3,38 358,67 6,69 610,07 0,0

Tabla 3. Energía de los picos en el espectro de Radio-226 Espectro de radiación ambiente 1

Ambiente Desviación Pico Energía (keV) (keV) 1 100,25 10,91 2 134, 35 58,17








Acontinuacion mostramos la grafica de los espectros de energía que logramos utilizar en el laboratorio.

La grafica muestra el orden respectivamente del cesio-137 , cobalto-60 y radio-226. Posteriormente , realizaremos el análisis de los resultados arrojados, comparando asi los valores experimentales con los valores teóricos, lo mostraremos en el siguiente orden : Antes de esto, queremos recordar la manera de como calcular los erros para este tipo de valores; estos los podemos realizar mediante la siguiente formula : | −    |  =  100%  







UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE BOLIVAR Facultad de Ciencias Básicas Departamento de Física Energías teóricas y medidas del espectro de Radio 226

# pico

Energía medida

Energía teórica

Error %

1

52,02

53,23

2,273

2

87,39

77,1

13,346

3

153,51

79,3

93,581

4

191,42

186,1

2,858

5

240,85

241,98

0,466

6

298,82

295,21

1,222

7

358,67

351,92

1,918

8

610,07

609,31

0,124

Tabla.7 espectro de Radio con error.

Luego de esto se analizo los espectros de radiación ambiente en dos medici ones, cabe resaltar que antes de esto se calibro con el cesio 137 13 7 y se nos arrojo las siguientes graficas mediante el software que estábamos utilizando :








El espectro de enegia promedio que se obtuvieron con los espectro de ambiental 1 y ambiental 2 , se logran observar en las siguientes tablas : Ambiental 1 : 1 2 3 4

96,17 113,11 228,14 299,54

3,38 0,00 0,00 3,37

95,24 180,78 276,64 568,16

3,25 0,00 2,52 3,21

Tabla.8 Ambiental 2: 1 2 3 4 Tabla.9

Queremos decir que algunos valores que medimos aquí difieren con los valo res reales, esto se debe a que los picos pueden estar o están en áreas en las que son perturbadas, esto puede ser por el aire el cual en la mayoría de los casos no nos permite realizar una buena medición, ahora bien, podemos notar que fuera de esa perturbación claramente los valores se tornan más estables y esto ayuda a que estén más cercanos al valor real.








7. Conclusiones - Se registraron los espectros de rayos gama de cada muestra y pudimos observa que el espectro que presenta más picos es el del preparado Ra- 226. - Se determinaron las energías de C2-137 (661,66 KeV) y la energía de los preparados Co-60 donde su mayor energía fue 1296,37 Kev y la del Ra-226 que obtuvo una energía mayor de 608,85 Kev. Comparándolo con los valores teóricos podemos decir que el Cs-137 nos dio valor experimental casi igual, ya que la energía teórica de sus fotos s de 662 KeV.










8. Bibliografía  

http://mednuclear.wikidot.com http://mednuclear.wikidot.com/decaimiento-radiacti /decaimiento-radiactivo vo http://bibliotecadigital.ilce.edu.m http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/cienci x/sites/ciencia/volumen2/cienc a/volumen2/ciencia ia 3/094/htm/sec_5.htm

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