Atenuación de la radiación

Atenuación de la radiación
Objetivos
- Se pretende que el alumno se familiarice con el funcionamiento del contador GeigerMuller
- Estudio de las propiedades de penetración y contaje de las distintas radiaciones.
Material necesario
- Contador Geiger-Muller.
- Fuentes alfa (226Ra). Fuentes beta (90Sr, 14C, 22Na), Fuentes gamma (60Co).
- Láminas de papel, Al, Pb y polietileno de diferentes espesores calibrados.
Realización de la práctica
El detector Geiger-Müller (GM) es un detector gaseoso que se utiliza frecuentemente
para medir niveles de radiación. Un GM es básicamente un cátodo cilíndrico atravesado
en su centro por un ánodo y entre los que existe una diferencia de potencial. El detector
está cerrado por una ventana muy fina en uno de sus extremos y contiene un gas en su
interior, frecuentemente Argón (Ar). Cuando una partícula ionizante (α, β o γ) entra en su
interior ioniza algún átomo de Ar, esto es, le arranca un electrón y forma un ion (Ar*). Los
iones positivos viajan hacia el cátodo. Los electrones, mucho más ligeros, en su camino
hacia el ánodo alcanzan la suficiente energía para volver a ionizar otros átomos,
generando una avalancha y un pulso o señal eléctrica. El tamaño del pulso que se
obtiene en estos detectores es independiente de la ionización causada por la partícula
por lo que el detector solo cuenta sin distinguir la naturaleza de la partícula o su energía.
La versatilidad, sencillez y relativo bajo coste asociado a estos detectores están entre
sus características más apreciadas.
Laminas de distintos materiales y espesores
Electrónica de
adquisición
Fuente radioactiva:
241
Am
Contador GeigerMuller
Caracterización de los diferentes tipos de radiación.
La radiación alfa (constituida de núcleos de Helio formados por dos protones y dos
neutrones) es poco penetrante, debido principalmente a su masa, y para detenerla basta
una fina lámina de material, o un pequeño recorido en la atmósfera. La radiación beta, o
electrones, es más penetrante, pero su rango es también reducido, ya que los electrones
interaccionan directamente con los átomos de la materia perdiendo energía. Por último,
la radiación gamma, es la más penetrante de todas y su interacción dependerá de la
secciones eficaces de Compton, fotoeléctrico y creación de pares en el material que
atraviese.
o
Radiación α
- Medir la penetración de la radiación alfa. Determinar el espesor mínimo de material
que detiene detiene la radiación alfa. Colocar a una determinada distancia una fuente de
226
Ra (que emite las tres radiaciones) y situar entre ésta y el detector láminas de papel.
Representar los resultados (número de cuentas frente el espesor másico (gr/cm2)).
Interpretar los resultados.
- Observar si se modifican los resultados variando la distancia de la fuente al detector.
Intentar explicar este fenómeno a partir de la penetración de partículas α en el aire.
o
Radiación β.
- Medir la penetración de los electrones de la radiación beta en distintos materiales,
utilizar para ello una fuente emisora beta (ej. 90Sr) y discos de distintos espesores de Al y
de Pb, representar posteriormente los resultados.
o
Radiación γ
- Medir la penetración de la radiación gamma, para distintos materiales, para ello utilizar
los discos de Al y Pb y una fuente gamma (ej 60Co). Representar e interpretar los
resultados.
Finalmente, y como práctica avanzada, se propone reproducir una distribución de
Poisson tomando medidas en intervalos de tiempo fijos. La distribución de Poisson
describe los resultados de los experimentos contaje en los que los eventos suceden
aleatoriamente pero con una tasa determinada. Este es el caso de una fuente radiactiva
con una vida media mucho mayor que la duración de los contajes. La ecuación
matemática de la distribución de Poisson es:
n
−n̄ n̄
P (n) = e
n!
donde n es el número de medidas en un experimento y n el valor medio de la serie. Por
lo tanto se puede elegir un tiempo fijo y realizar un número de experimentos.
Posteriormente se construye el histograma de frecuencias del mismo y, calculando el
valor medio se superpone la distribución de Poisson correspondiente.
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Nota1: Tener precaución con la tapa que cubre el Geiger-Müller es muy frágil y se rompe
con suma facilidad.
Nota2: El espesor de las láminas de atenuación está referido al sistema imperial
británico: pulgadas (=25.4 mm) y mil (milésima de pulgada=25.4 µm).