Espectrometría

ESPECTROSCOPIA DE RAYOS GAMMA
USANDO UN DETECTOR DE INa (Tl)
Objetivos
Obtener el espectro de energía de la radiación gamma del Au198, determinar su período
de semidesintegración y obtener la curva de decaimiento del mismo.
Introducción
Radiactividad
La radiactividad es el resultado de las transformaciones espontáneas o desintegraciones
que sufren los nucleídos que son inestables, hasta que el núcleo en cuestión alcanza una
estructura de estabilidad.
Las radiaciones nucleares se puede clasificar en tres clases: alfa, beta y gamma. La
radiación alfa está compuesta de partículas, cada una formada por dos protones y dos
neutrones (4He2+). La radiación beta también está compuesta por partículas y se puede
clasificar en beta positiva constituida por partículas de carga eléctrica positiva, como
por ejemplo los positrones que tienen masa igual que los electrones pero de carga
positiva, y beta negativa constituida por electrones. La radiación gamma es radiación
electromagnética, es decir, constituida por fotones.
La radiactividad es independiente de las variables externas en las que está inmersa el
núcleo atómico, como temperatura, presión, composición química, etc. [1]
Nucleídos
Un nucleído es toda especie atómica definida por sus propiedades nucleares, como el
número atómico, el número de nucleones y la energía del núcleo. [1]
Transformaciones Radiactivas
a) Forma de transformación
Existen diversas formas por la cual un nucleído se desintegra transformándose en otro.
Las transformaciones de los nucleídos pueden ser transformación alfa, transformación
beta positiva, transformación beta negativa, transformación por captura electrónica y
transformación radiactiva por transición isomérica y conversión interna. [1]
b) Leyes de las transformaciones radiactivas:
La actividad A de una muestra radiactiva es la cantidad de núcleos que se desintegran
en cada segundo en la muestra
A = - dN/ dt
(1)
donde N es el números de núcleos radiactivos presentes en la muestra y t es el tiempo
transcurrido.
El signo (-) en la Ec. (1) indica que estos núcleos radiactivos disminuyen en el tiempo,
hasta llegar al estado estable.
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Si el tiempo transcurrido es el necesario para que la cantidad de núcleos radiactivos
disminuya hasta la mitad del número original, se tiene que la actividad de la muestra
radiactiva es ahora
A(t) = A0 e-(0.693/T) t
(2)
donde A es la actividad de la muestra en un tiempo t y A0 es la actividad de la muestra
en un tiempo t0 inicial.
De la Ec. (2) se obtiene el periodo de semidesintegración T
T= (-0.693 t)/ln(A/A0)
(3)
Interacción de los fotones gamma con la materia
Los fotones gamma interaccionan muy débilmente con la materia, por eso pueden
atravesar grandes espesores de las mismas, siendo improbable que todos los fotones
que ingresan a un material desaparezcan. Los fotones gamma desaparecen en el mismo
momento de la interacción.
Existen tres posibles fenómenos de interacción de los fotones gamma con la materia,
que pueden presentarse con diferentes probabilidades dependiendo de la energía del
fotón y del número atómico del material donde llegan los fotones: el efecto
fotoeléctrico, el efecto Compton y la formación de pares [1].
Materiales
- Cristal de INa(Tl) y conjunto de fototubo
- Analizador multicanal
- Fuentes radiactivas
- Hojuelas de Au197
Técnica Experimental
Espectrometría
Para conocer la distribución de energía de los fotones gamma que emite una
determinada fuente radiactiva resulta necesario usar un espectrómetro para determinar la
energía de los fotones que emite dicha muestra (ver Fig. 2). En dicha figura se muestra
el espectro de radiación gamma del Cs137, en el cual se puede observar un pico de 662
keV de energía 1].
4000
Nº Cuentas
3000
2000
1000
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Energía (KeV)
Fig. 1. Espectro de radiación gamma del Cs137
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Espectrómetro
Un espectrómetro (ver Fig. 2) consta de las siguientes partes.
Cristal de centelleo. Los fotones gamma que inciden sobre el cristal interaccionan con
el mismo, produciendo un fotón de una determinada longitud de onda que dependerá del
tipo de cristal que se esté usando.
Fotomultiplicador. Los fotones que se producen en el centellador interaccionan con el
fotocátodo del fotomultiplicador, arrancándole un electrón. El fotomultiplicador
multiplica la cantidad de electrones que se producen en el fotocátodo.
Analizador de pulsos. A la salida del fotomultiplicador se genera un pulso de tensión
que es amplificado por esta etapa y además discrimina los pulsos no deseados a fin de
obtener la distribución de energía gamma.
Sistema de registro. En esta etapa quedan registrados los datos obtenidos en las etapas
anteriores, como la altura de los pulsos y el número de cuentas detectados por el
fotomultiplicador. El sistema de registro puede ser a través de una computadora
conectada a la salida de datos del espectrómetro [2, 3].
Fig. 2. Diagrama en bloques de un espectrómetro multicanal
Actividad
1. Obtener el espectro de radiación gamma del Cs137 y el del Am241. Usar el fotopico de
ambos espectros para calibrar el espectrómetro.
2. Obtener el espectro de radiación gamma de una muestra de oro. Calcular su periodo
de semidesintegración y obtener la curva de decaimiento en función del tiempo.
3. Hacer un análisis de los errores introducidos en las mediciones de las actividades [4].
Referencias
[1] Oscar H. Pliego, Los Radionucleído y sus Aplicaciones. Curso Introductorio, 2001.
[2] Josefina Rodriguez, Medición de la radiación gamma, 1972.
[3] W. Seelmann, Tabla de radionucleídos, 1974.
[4] Paul Delahay, Análisis Instrumental.
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