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NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
LL LAA ABB BOO ORR RAA ATT TOO ORR RII I OO O
DD DEE E FF FÍÍ Í SS SII I CC CAA A
NN NUU UCC CLL LEE EAA ARR R YY Y DD DEE E
PP PAA ARR RTT TÍÍ Í CC CUU ULL LAA ASS S
CC Cuu urr r ss soo o 22 200 000 066 6// / 22 200 000 077 7
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
ÍNDICE
- INTERACCIÓN RADIACIÓN-MATERIA
-
PARTÍCULAS PESADAS CARGADAS
- ELECTRONES
- RAYOS GAMMA
- COMPARATIVA Y NEUTRONES
- DETECTORES DE RADIACIÓN
-
DETECTORES GASEOSOS
- DETECTORES CENTELLEADORES
- DETECTORES SEMICONDUCTORES
- ESPECTROS DE RADIACIONES NUCLEARES
-
ESPECTRO GAMMA
- ESPECTRO BETA
- ESPECTRO ALFA
INTERACCIÓN DE LAS
RADIACIONES IONIZANTES
CON LA MATERIA
Ante
s de c
omenza
r co
n el e
studio
del f
unci
onam
iento
de lo
s dete
ctor
es
em
ple
ados
en e
l la
bora
torio d
e f
ísic
a n
ucl
ear
y lo
s esp
ect
ros
de las
radia
ciones
nucl
eare
s que s
e p
ueden r
egis
trar
co
n e
llos,
es
nece
sario i
ntroduci
r alg
unos
conc
epto
s bási
cos
sobre
la in
tera
cció
n de la
s ra
dia
ciones
con la
mate
ria.
Tal c
omo s
e v
erá
, depen
die
ndo d
el t
ipo d
e radia
ción q
ue s
e est
é c
onsi
dera
ndo,
el e
fect
o (pr
inci
palm
ente
ioniz
ante
) de é
stas
sobre
la
m
ate
ria
variará
co
nsi
dera
ble
mente
. La
princi
pal
conse
cuenci
a d
e e
sto s
erá
que e
l tip
o d
e d
ete
ctor
ópt
imo a
em
ple
ar par
a c
ada u
na
de e
llas
será
dis
tinto
.
PARTÍCULAS PESADAS
CARGADAS (α ααα)
Aunque
la
dis
pers
ión
(o
scat
tering)
coulo
mbia
na
de
partíc
ula
s ca
rgadas
por
lo
s núcl
eos
(lla
mado
scatter
ing
de
Ruth
erfor
d)
es
un p
roce
so i
mportant
e e
n f
ísic
a n
ucl
ear, t
iene
poca
in
fluenci
a en la
pérd
ida de energ
ía de la
s partíc
ula
s ca
rgadas
a lo larg
o d
e s
u t
raye
ctoria d
entro d
el dete
ctor. E
sto
es
debid
o a
que los
núcl
eos
del m
ate
rial del dete
ctor
ocu
pan
sola
mente
en torn
o a
10
-15
del vo
lum
en d
e s
us
áto
mos,
es
del
ord
en
de
10
15
vece
s m
ás
pro
bable
par
a
una
partíc
ula
el
colis
ionar
con un ele
ctró
n que co
n un núcl
eo.
Por
tanto
, el
meca
nis
mo d
e p
érd
ida d
e e
nerg
ía d
om
inante
para
las
partíc
ula
s
1
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 3
carg
adas
es
el
scat
tering
coulo
mbia
no
por
los
ele
ctro
nes
ató
mic
os
del d
ete
ctor
.
La c
onse
rvaci
ón d
e la
energ
ía y
el m
om
ento
en u
na c
olis
ión
front
al
elá
stic
a e
ntre
una p
artíc
ula
pesa
da d
e m
asa
M y
un
ele
ctró
n d
e m
asa
m (que
supondre
mos
por
senci
llez,
en reposo
) da u
na p
érdid
a d
e e
ner
gía
cin
étic
a a
la p
artíc
ula
de:
Para
una partíc
ula
alfa
de 5 M
eV (v
alo
r típic
o en la
s desi
nte
gra
ciones
alfa
), e
sta c
ant
idad e
s de 2
.7ke
V. Por ta
nto, se
pueden d
educi
r in
media
tam
ente
4 c
onc
lusi
ones:
1 –
Ocu
rrirán m
uch
os
mile
s de e
stos
suce
sos
ante
s de q
ue
la p
artíc
ula
deposi
te toda s
u e
nerg
ía. (U
na c
olis
ión fro
nta
l da e
l m
áxi
mo d
e t
ransf
ere
nci
a p
osi
ble
de u
na p
artíc
ula
inci
dente
al
ele
ctró
n.
En
la
mayo
ría
de
las
colis
iones
est
a
pérd
ida
de
energ
ía s
erá
muc
ho m
eno
r).
2 –
En u
na c
olis
ión e
ntre u
na p
artíc
ula
pesa
da c
arg
ada y
un
ele
ctró
n,
la
par
tícula
ca
rgada
es
desv
iada
un
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desp
reci
able
, por
lo
que
la
partíc
ula
si
gue
una
traye
ctoria
prá
ctic
amente
rect
ilínea.
Trayectorias de partículas a de la
desintegración del 210Po en una
cámara de niebla.
3 –
Debid
o a
que
la f
uerz
a c
oulo
mbia
na t
iene u
n a
lcance
in
finito
, la
partíc
ula
inte
racc
iona s
imultá
neam
ente
con m
uchos
ele
ctro
nes
y por
tanto
, pie
rde s
u e
nerg
ía d
e u
n m
odo g
radual
pero
contin
uo a
lo la
rgo d
e s
u tra
yect
oria. D
esp
ués
de v
iaja
r un
cierta d
ista
nci
a, habr
á p
erd
ido toda
su e
ner
gía
; est
a d
ista
nci
a s
e denom
ina e
l alc
ance
de la p
artíc
ula
. el alc
ance
vie
ne d
ado p
or
el tip
o d
e la p
artíc
ula
, su
energ
ía y
el tip
o d
e m
aterial en e
l que
penetra.
Para
partíc
ula
s pesa
das,
la v
ariaci
ón d
e lo
s va
lore
s en
torn
o a
l alc
ance
medio
es
muy
pequeño,
por
lo q
ue é
ste s
e
convi
erte e
n u
na
cantid
ad ú
til y
bie
n d
efin
ida.
4 –
La e
nerg
ía n
ece
sita
da p
ara
ioniz
ar
un á
tom
o (
i.e., p
ara
ext
raerle u
n e
lect
rón)
es
del
ord
en d
e 1
0 e
V,
por
lo q
ue l
a m
ayo
ría
de
las
colis
iones
trans
ferirá
n
sufic
iente
energ
ía
al
ele
ctró
n c
om
o para
ioniz
ar al á
tom
o.
ELECTRONES (β βββ)
Los
ele
ctro
nes
y lo
s posi
trones
inte
racc
ionan
m
edia
nte
sc
atter
ing c
oulo
mbia
no c
on los
ele
ctro
nes
ató
mic
os
del m
ism
o m
odo q
ue las
par
tícula
s pesa
das
carg
adas.
Hay,
sin
em
bar
go,
una s
erie d
e im
por
tant
es
dife
renci
as:
1 –
Los
ele
ctro
nes,
partic
ula
rmente
aquello
s em
itidos
en la
s desi
nte
gra
ciones
β v
iaja
n c
on v
elo
cidades
rela
tivis
tas.
2 –
Los
ele
ctro
nes
sufrirán gra
ndes
desv
iaci
ones
en la
s co
lisio
nes
con
otros
ele
ctro
nes,
y
por
tanto
, se
guirán
traye
ctorias
errátic
as.
El
alc
ance
(d
efin
ido co
mo la
dis
tanci
a lin
eal
de p
enetraci
ón e
n e
l m
ate
rial) s
erá
muy
dis
tinto
de l
a
longitu
d tota
l de la
tra
yect
oria q
ue
el e
lect
rón s
iga.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 4
3 –
En las
colis
iones
fronta
les
con o
tro
ele
ctró
n,
una g
ran
fracc
ión d
e l
a e
nerg
ía i
nic
ial
puede s
er
transf
erid
a a
l ele
ctró
n que r
eci
be e
l im
pact
o. D
e h
ech
o, hay
que
tener
en c
uenta
que
en e
stos
caso
s, n
o s
e p
uede d
istin
guir
en e
l est
ado fin
al c
ual d
e lo
s dos
ele
ctro
nes
era
inic
ialm
ente
el i
nci
dente
y c
ual e
l bla
nco
.
4 –
Debid
o a
que e
l ele
ctró
n s
ufre
rápid
os
cam
bio
s en l
a
direcc
ión y
en l
a m
agnitu
d d
e s
u v
elo
cidad,
est
á s
om
etid
o a
gra
ndes
ace
lera
ciones.
C
om
o la
s partíc
ula
s ca
rgadas
al
ser
ace
lera
das
em
iten r
adia
ción e
lect
rom
agnétic
a, es
tos
ele
ctro
nes
em
iten
una
radia
ción
conoci
da
com
o "B
rem
sstrahlu
ng"(
Exp
resi
ón a
lem
ana q
ue s
ignifi
ca "ra
dia
ción d
e frenado"
).
Dada la
natu
rale
za e
rrátic
a d
e s
u tra
yect
oria, es
un p
roce
so
difí
cil
el
cálc
ulo
del
alc
ance
de l
os
ele
ctro
nes.
Por
tant
o,
se
usa
n d
ato
s em
píric
os
de la a
bso
rció
n d
e h
ace
s de e
lect
rones
monoenerg
étic
os
para
obte
ner
la r
ela
ción a
lcance
-energ
ía p
ara
ele
ctro
nes.
RADIACIÓN
ELECTROMAGNÉTICA (γ γγγ)
Los
rayo
s G
amm
a y
los
rayo
s X
in
tera
ccio
nan co
n la
m
ate
ria
media
nte
tres
pro
ceso
s:
abso
rció
n
foto
elé
ctrica
, sc
atter
ing C
ompto
n y
crea
ción d
e p
are
s par
tícula
-antip
artíc
ula
.
EFECTO FOTOELÉCTRICO
En el
efec
to fo
toelé
ctric
o un fo
tón es
abso
rbid
o por
un
áto
mo
y uno
de
los
ele
ctro
nes
atóm
icos
(foto
ele
ctró
n)
es
libera
do.
(Nota
: Los
ele
ctro
nes
libre
s no
pueden
abso
rber
foto
nes
par
a c
umplir
sim
ultá
neam
ente
con la
cons
erv
aci
ón d
e la
energ
ía y
el m
om
ento
).La
energ
ía c
inétic
a d
el ele
ctró
n lib
era
do
es
igual a la e
nerg
ía d
el fo
tón inci
dente
menos
la e
nerg
ía d
e
enla
ce q
ue
tenía
el f
otoel
ect
rón:
La
pro
babilidad
de
abso
rció
n
de
un
fotó
n por
efec
to
foto
elé
ctrico
es
difí
cil d
e c
alc
ula
r, p
ero
a p
artir
de
los
resu
ltados
exp
erim
enta
les
se c
onoce
n s
us
prin
cipale
s ca
ract
eríst
icas:
•
Es
más
signifi
cativ
a p
ara
baja
s energ
ías
(~100 k
eV).
•
Aum
enta
rá
pid
am
ent
e co
n el
núm
ero
at
óm
ico Z del
mate
rial a
bso
rbent
e (~Z^4
).
•
Decr
ece
rápid
am
ent
e c
on la
energ
ía d
el f
otón (~Eγ^
(-3))
.
•
Aum
enta
bru
scam
ent
e y
de form
a d
isco
ntín
ua c
uando la
energ
ía c
oin
cide c
on l
a e
nerg
ía d
e l
igadura
de a
lguna c
apa
ató
mic
a (
K c
orresp
ondie
nte
a los
ele
ctro
nes
más
ligados
(n=1),
L c
orresp
ondie
nte
a (n=2)
, M
para
ele
ctro
nes
con (n=3)...
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 5
DISPERSIÓN COMPTON
La d
ispers
ión (sc
attering
) C
om
pton e
s el p
roce
so p
or el c
ual
un f
otón c
am
bia
de d
irecc
ión y
energ
ía a
l in
tera
ccio
nar
con u
n
ele
ctró
n a
tóm
ico c
asi
libre
que s
e lle
va la
energ
ía d
el f
otón.
Si
consi
dera
mos
al
ele
ctró
n c
omo l
ibre
y e
n r
eposo
(una
buena
apro
xim
aci
ón
dado
que
la
ener
gía
del
fotó
n
es
norm
alm
ent
e m
uch
o m
ayor
que las
baj
as
ener
gía
s de lig
adura
de
los
ele
ctro
nes
de
las
capas
ext
ern
as)
, ento
nce
s la
co
nse
rvaci
ón d
el m
om
ento
lineal y
la e
nerg
ía (usa
ndo d
inám
ica
rela
tivis
ta) nos
da:
Los
foto
nes
dis
pers
ados
varían e
n s
u e
nerg
ía d
ependie
ndo
del ángulo
Θ d
e d
ispers
ión d
esd
e e
l ca
so Θ
~ 0
, E'γ
» E
γ hast
a Θ
~π
, E'γ
» 1
/2.m
c² »
0.2
5M
eV.
PRODUCCIÓN DE PARES
El te
rcer
pro
ceso
de inte
racc
ión d
e u
n fot
ón e
nerg
étic
o c
on
la m
ate
ria e
s el de p
rodu
cció
n d
e p
are
s, e
n e
l que u
n fot
ón e
n pre
senci
a de un át
om
o puede desa
pare
cer
creando un par
ele
ctró
n-p
ositr
ón:
γ -->
e-e
+.
El b
ala
nce
energ
étic
o v
iene d
ado p
or:
Exi
ste, por
tanto
, una e
nerg
ía u
mbra
l por
debajo
de la c
ual
no p
uede d
arse
est
e pro
ceso
: Em
in =
2m
c² =
1,0
22M
eV.
Com
o e
n el c
aso
de la
abso
rció
n foto
elé
ctrica
, est
e p
roce
so
requie
re p
ara la
conse
rvaci
ón d
el m
omento
la p
rese
nci
a
cerc
ana d
e un
áto
mo m
asiv
o, pero
la e
ner
gía
de retroce
so d
ada
al á
tom
o es
desp
reci
able
com
par
ada c
on lo
s té
rmin
os
de la
ecu
aci
ón.
Importancia
relativa de los tres
procesos en función
de la energía y el
material absorbente.
Com
o s
e a
pre
cia e
n e
l grá
fico, la
pro
ducc
ión d
e p
are
s lle
ga
a s
er dom
inant
e ú
nic
amente
par
a e
ner
gía
s su
periore
s a
5 M
eV.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 6
COMPARATIVA ENTRE
PARTÍCULAS α,e-,γ,n
Est
udia
ndo
la
pérd
ida
de
inte
nsi
dad
de
un
haz
monoenerg
étic
o
de
1M
eV
de
partíc
ula
s alfa
, ele
ctro
nes
y ra
dia
ciones
γ en un m
onta
je exp
erim
enta
l co
mo el
indic
ado
ante
riorm
ente
, obt
endríam
os
un
resu
ltado
com
o e
l que a
par
ece
en la
sig
uie
nte
fig
ura:
Comparativa de las atenuaciones para partículas α,
electrones y fotones γ
La inte
nsi
dad d
e p
artíc
ula
s alfa
no d
ism
inuye
hast
a q
ue e
l gro
sor
atrave
sado
est
á
muy
cerc
ano
al
alc
ance
m
edio
y
ento
nce
s ca
e r
ápid
am
ent
e a
cero
. El alc
ance
de
partíc
ula
s alfa
en a
lum
inio
es
de
unos
0.0003 c
m.
La
inte
nsi
dad
de
los
ele
ctro
nes
em
pie
za
a
decr
ece
r le
nta
mente
incl
uso
para
un g
roso
r atrave
sado m
uch
o m
enor
que e
l alc
ance
, debid
o a
que
alg
unos
ele
ctro
nes
son d
esv
iados
fuera
de l
a d
irecc
ión d
el
haz.
El
alc
ance
ext
rapola
do d
e l
os
ele
ctro
nes
es
de
unos
0.1
8 c
m.
La inte
nsi
dad g
amm
a d
ecr
ece
exp
onenci
alm
ente
tal co
mo
se h
a m
ost
rado.
El a
lcance
medio
(que s
e d
efin
e c
om
o e
l gro
sor
para
el
cual
I = 0
.5 I
0)
es
de u
nos
4.3
cm
para
rayo
s g e
n Alu
min
io.
[Hay
que
dest
aca
r que
la d
efin
ició
n d
el co
nce
pto
de
alc
ance
varía s
egún e
l tip
o d
e radia
ción].
Los
neutron
es
no
inte
racc
ionan
elé
ctrica
men
te
con
los
áto
mos,
pero
sí lo
pre
senta
n inte
racc
ión fuerte c
on los
núcl
eos
en u
na a
mplia
variedad d
e p
roce
sos:
•
Colis
iones
elá
stic
as:
A(n
,n)A
--Im
por
tant
e p
ara
energ
ías
de ~
1MeV (neutrones rápidos).
•
Colis
iones
inelá
stic
as:
A(n
,n’)A*, A
(n,2
n’)B -- Por enci
ma
de la
energ
ía u
mbra
l de e
xcita
ción n
ucl
ear.
•
Captu
ra d
e neutrones:n + (Z,A) --> γ + (Z,A+1)-- D
ecr
ece
co
n la
velo
cidad d
el n
eutrón (~1/v).
•
Otras
reacc
iones
nucl
eare
s:
(n,p
),
(n,d
),
(n,a
),
(n,t),
(n,a
p),
etc
. co
n c
aptu
ra d
e u
n n
eutrón y
em
isió
n d
e p
artíc
ula
s ca
rgadas
-- R
egió
n d
e eV-KeV
•
Fis
ión:
A e
nerg
ías
térm
icas
~eV (neutrones térm
icos o
lentos).
•
Pro
ducc
ión d
e c
asc
adas
hadró
nic
as:
Para
E >
100
MeV.
Secciones eficaces totales para neutrones en
agua, parafina y protones
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 7
DETECTORES DE RADIACIÓN
La m
ayo
ría de lo
s dete
ctore
s de ra
dia
ción pre
senta
n un
com
portam
ient
o s
imila
r:
1.
La r
adia
ción e
ntra e
n e
l dete
ctor
e inte
racc
iona c
on los
áto
mos
de é
ste.
2.
Fru
to d
e e
sta inte
racc
ión, la
radia
ción c
ede toda
o p
arte
de s
u e
ner
gía
a lo
s ele
ctro
nes
ligados
de
est
os
átom
os.
3.
Se li
bera
un g
ran
núm
ero d
e e
lect
rones
de rela
tivam
ente
baja
energ
ía que so
n re
cogid
os
y analiz
ados
media
nte
un
circ
uito
ele
ctró
nic
o.
Tal co
mo s
e h
a in
dic
ado e
n e
l apar
tado
ante
rior, e
l tip
o d
e m
ate
rial
del
dete
ctor
depende
de
la
clase
de
radia
ción
a
est
udia
r y
de
la in
form
aci
ón q
ue s
e busc
a obte
ner
:
Para
dete
ctar
par
tícula
s alfa
de
desi
nte
gra
ciones
radia
ctiv
as
o partíc
ula
s ca
rgadas
de re
acc
ione
s nucl
eare
s a
baja
(M
eV)
energ
ía, bast
a c
on d
ete
ctore
s m
uy
finos,
dado q
ue
el
reco
rrid
o m
áxi
mo d
e e
stas
par
tícula
s en l
a m
ayo
ría d
e l
os
sólid
os
es
típic
am
ente
inf
erior
a la
s 100 m
icra
s. E
n e
l ca
so d
e lo
s ele
ctro
nes,
com
o los
em
itidos
en
las
desi
nteg
raci
ones
beta
, se
nece
sita
un
gro
sor
para
el
dete
ctor
de 0
.1 a
1 m
m.
Sin
em
barg
o, p
ara
det
ect
ar rayo
s gam
ma p
uede q
ue u
n g
roso
r de 5
cm
re
sulte
aún in
sufic
iente
para
co
nve
rtir est
os
foto
nes
tan
energ
étic
os
(MeV o
super
ior) e
n u
n puls
o e
lect
róni
co.
Para
m
edir
la
energ
ía
de
la
radia
ción,
debem
os
esc
oger
un
dete
ctor
en
el cu
al la
am
plit
ud d
el puls
o d
e s
alid
a
sea p
ropor
cional a
la e
nerg
ía d
e la
radia
ción. Se d
ebe e
legir
un
mate
rial
en e
l que e
l nú
mero
de e
lect
rones
sea g
rande p
ara
evi
tar que p
osi
ble
s flu
ctua
ciones
est
adís
ticas
afe
cten a
l valo
r de
la e
nerg
ía.
Para
medir e
l tie
mpo e
n e
l que la
radia
ción fue e
miti
da,
debem
os
sele
ccio
nar
un
mate
rial en e
l que los
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ctro
nes
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reco
gid
os
rápid
am
ent
e e
n u
n p
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endo e
l num
ero
de é
stos
aquí m
enos
importante
.
Para
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rmin
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ipo d
e p
artíc
ula
(por eje
mplo
, en u
na
reacc
ión
nucl
ear,
en
la
que
se
pueden
gene
rar
una
gra
n
variedad d
e p
artíc
ula
s), debem
os
ele
gir
un m
ater
ial e
n e
l que la
m
asa
o c
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e la
partíc
ula
de u
n e
fect
o d
istin
tivo.
Para
m
edir el
spin
o la
pola
riza
ción de la
ra
dia
ción,
debem
os
esc
oger
un dete
ctor
que
pueda
separa
r dis
tinto
s est
ados
de
pola
riza
ción o
spin
.
Si e
spera
mos
un ritm
o d
e c
uenta
s ext
rem
adam
ente
alto
, debere
mos
sele
ccio
nar
un
dete
ctor
que
pueda
recu
pera
rse
rápid
am
ente
de
una
radia
ción
ante
s de
poder
conta
r la
si
guie
nte
. Para
un r
itmo
de c
uenta
s m
uy
baj
o, si
n e
mbarg
o, e
s m
ás
importante
busc
ar reduci
r el f
ondo.
Fin
alm
ente
si
est
am
os in
tere
sados
en re
cons
truir la
tr
ayec
tori
a de
las
radia
ciones
dete
ctadas,
debem
os
deca
nta
rnos
por un
dete
ctore
s se
nsi
bles
a la
loca
lizaci
ón d
e la
penetraci
ón.
2
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 8
DETECTORES GASEOSOS
Los
dete
ctor
es
gas
eoso
s (L
a
Cám
ara
de
Ioniz
aci
ón,
el
Conta
dor
Pro
porc
ional y
el dete
ctor
Geig
er-M
ülle
r) s
e b
asa
n e
n
la
reco
lecc
ión
direct
a
de
la
ioniz
aci
ón
pro
duci
da
por
una
partíc
ula
al
atrave
sar
un g
as
ence
rrado e
ntre d
os
ele
ctro
dos
som
etid
os
a u
na
dife
renc
ia d
e p
ote
ncia
l.
Veám
os
las
cara
cter
ístic
as
de c
ada u
no
de e
llos:
CÁMARA DE IONIZACIÓN
El
dete
ctor
más
senci
llo de est
e tip
o es
la cá
mara
de
ioniz
aci
ón,
que
se pued
e co
nsi
dera
r co
mo un
co
ndensa
dor
pla
no-p
ara
lelo
en la q
ue
la r
egió
n e
ntre los
pla
nos
est
á re
llena
de u
n g
as,
usu
alm
ent
e a
ire.
El ca
mpo
elé
ctrico
en e
sta r
egió
n
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ta q
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s io
nes
se rec
om
bin
en c
on
los
ele
ctro
nes
y se
puede
inte
rpre
tar
que e
n e
sta
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aci
ón l
os
ele
ctro
nes
se d
irig
en a
l ele
ctro
do
posi
tivo,
mie
ntras
que
los
iones
carg
ados
posi
tivam
ente
lo h
ace
n al
negat
ivo.
Gas
W eV/par)
H2
37
He
41
N2
35
O2
31
Aire
35
Ne
36
Ar
26
Energía media necesaria para form
ar un par electrón-ión
La e
nerg
ía m
edia
nece
saria p
ara
pro
duc
ir u
n ió
n en a
ire e
s de u
nos
35
eV , p
or
tant
o u
na r
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ción d
e 1 M
eV, pro
duc
e u
n m
áxi
mo d
e 3
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04 i
ones
y ele
ctro
nes.
Para
una c
ám
ara
de
ioniz
aci
ón
de
tam
año
medio
, de
unos
10x1
0
cm
con
una
separa
ción d
e 1
cm
entre las
pla
cas,
la c
apaci
dad e
s de 8
.9 x
10-1
2 F
y e
l volta
je d
el p
uls
o reco
gid
o e
s de
unos:
Est
e vo
ltaje
es
bast
ant
e peq
ueño,
por
lo
que
debe se
r am
plif
icado (h
asta
un va
lor
10000)
ante
s de que se
pueda
analiz
ada n
orm
alm
ente
.
La a
mplit
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e la
señal es
pro
porc
ional a
l núm
ero
de io
nes
creados
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or ta
nto
, a la
energ
ía d
eposi
tada p
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radia
ción), y
es
independie
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del v
olta
je e
ntre
las
pla
cas.
El vo
ltaje
aplic
ado d
ete
rmin
a la v
elo
cidad d
e d
eriva
de los
ele
ctro
nes
e iones
haci
a los
ele
ctro
dos
de la c
ám
ara
. Para
un
valo
r típic
o d
el vo
ltaje
de u
nos
100 V
, lo
s io
nes
se m
ueve
n a
ve
loci
dades
de 1
m/s
. Est
o h
ace
que
tard
en h
ast
a 0
.01 s
en
atrave
sar
una c
ámar
a d
e 1
cm
de
gro
sor
(Los
ele
ctro
nes
son
más
móvi
les
y vi
aja
rán
unas
1000
vece
s m
ás
rápid
o). E
stos
tiem
pos
son e
xcesi
vam
ente
larg
os
par
a lo
s tie
mpos
con lo
s que
norm
alm
ent
e
se
traba
ja
en
la
dete
cció
n
de
radia
ciones
nucl
eare
s. Por
ejem
plo
, una fu
ente
débil
de 1 m
Ci
da un
pro
medio
de
una desi
nteg
raci
ón ca
da 30 m
s. Por
tanto
, la
cá
mara
de
ioniz
aci
ón
no
sirv
e
com
o
conta
dor
de
señale
s in
div
iduale
s.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 9
Norm
alm
ente
se u
sa la
cám
ara
de io
niz
aci
ón c
om
o m
onito
r de r
adia
ción.
La i
nte
nsi
dad d
e l
a r
adia
ción s
e r
eco
gid
a c
om
o una
corr
ient
e
que
repre
senta
la
in
tera
cció
n
de
much
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ciones
dura
nte
el
tiem
po d
e r
esp
uest
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e l
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ám
ara
. La
corr
iente
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s pro
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tanto
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ctiv
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e l
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y a
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ner
gía
de las
radia
ciones
(radia
ciones
de m
ayo
r energ
ía dan una m
ayo
r io
niz
aci
ón y
por
tanto
, una m
ayo
r re
spuest
a). CONTADOR PROPORCIONAL
Para
lo
gra
r obse
rvar
puls
os
indiv
iduale
s,
debem
os
aum
enta
r el
volta
je a
plic
ado (
supera
ndo
los
1000V). D
e e
ste
modo
el
mayo
r ca
mpo
elé
ctrico
es
capaz
de
ace
lera
r lo
s ele
ctro
nes
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ufic
iente
com
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puedan g
ener
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aci
ones
secu
ndarias.
Los
ele
ctro
nes
secu
ndarios
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lera
dos
pro
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n nueva
s io
niz
aci
ones,
co
n
lo
que
finalm
ent
e se
gener
a u
na a
vala
nch
a o
casc
ada
de io
niz
aci
ones.
Aunque h
ay
un g
ran n
úm
ero
de ioniz
aci
ones
secu
ndarias
(~1000-1
00000), la c
ám
ara
sie
mpre
tra
baja
de m
odo q
ue e
ste
núm
ero
es
pro
por
cional a
l núm
ero
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uce
sos
prim
arios
(de a
hí
el n
om
bre
de c
onta
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pro
porc
ional).
La g
eom
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el co
nta
dor
pro
porc
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ele
ser
cilín
drica
, ta
l com
o s
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ues
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ura
:
En e
ste c
aso, el c
ampo e
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rico
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l, b e
l radio
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l radio
ext
erno d
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La a
vala
nch
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curr
irá o
bvi
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ente
en l
a r
egió
n d
onde e
l ca
mpo e
s m
ayo
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rca
del
cable
de á
nodo.
Est
a r
egió
n,
sin
em
barg
o,
repre
sent
a
sola
mente
una
peq
ueña
frac
ción
del
volu
men d
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ám
ara
. La g
ran m
ayo
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e los
iones
orig
inale
s so
n c
reados
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egió
n c
entral,
y la
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de l
os
ele
ctro
nes
es
lenta
hast
a q
ue inic
ian e
l pro
ceso
de a
vala
nch
a.
(Los
suce
sos
prim
arios
que ocu
rren dentro de
la
re
gió
n de
cam
po inte
nso
, so
n p
oco
am
plif
icados,
dado
que
no t
ienen la
oportunid
ad d
e cr
ear ta
ntas
colis
iones)
.
Debid
o a
que
la s
eñal d
e s
alid
a d
e u
n c
onta
dor
pro
porc
ional
pro
viene
princi
palm
ente
del
pro
ceso
de
ava
lanch
a,
el
cual
ocu
rre m
uy
rápid
am
ente
, el
tiem
po v
iene d
ete
rmin
ado p
or
el
tiem
po d
e deriva
de los
ele
ctro
nes
prim
ario
s desd
e e
l punto
de
form
aci
ón d
el
ión o
rigin
al
hast
a l
a v
eci
ndad d
el
ánodo d
onde
ocu
rre
la
ava
lanch
a.
Est
e
tiem
po
es
del
ord
e
de
los
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
0
mic
rose
gundos,
y p
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nto
, el c
onta
dor puede tra
baja
r en m
odo
puls
ado h
ast
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os
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onte
o d
el o
rden
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0^6
por se
gundo.
Se
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ple
a
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rayo
s X
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V –
100ke
V).
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Si e
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po e
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la
regió
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Geig
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. El
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-6), t
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los
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posi
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ueve
n le
jos
de la
regió
n d
e la
ava
lanch
a.
Por
tant
o,
alrededor
del
ánodo
queda
una nube
de
iones
carg
ados
posi
tivam
ente
que re
duce
la
in
tensi
dad del
cam
po
elé
ctrico
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alm
ente
fin
aliz
a el
pro
ceso
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cicl
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com
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n
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l ánodo y
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eutraliz
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[lo q
ue l
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10^(
-4) - 10^(
-3) s]
.
Exi
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y e
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e e
stos
ele
ctro
nes
finale
s.
Detectores gaseosos de radiación (Distintas regiones según
el voltaje aplicado).
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
1
Las
varias
regio
nes
de
opera
ción
de
los
dete
ctor
es
gase
oso
s apare
cen
en
la
figur
a
ant
erior.
Para
vo
ltaje
s pequeños,
lo
s ele
ctro
nes
y lo
s io
nes
prim
arios
pueden
reco
mbin
ars
e.
Seg
ún e
l vo
ltaje
aum
enta
, se
alc
anza
la r
egió
n de
la
cám
ara
de
ioniz
aci
ón,
donde
el
puls
o
de
salid
a
el
pro
porc
ional a
la io
niz
aci
ón p
rim
aria p
roduci
da p
or la
radia
ción y
por
tant
o a
su e
nerg
ía,
pero
independie
nte
de V
. En la r
egió
n pro
porc
ional,
la a
mplit
ud d
el puls
o a
um
ent
a c
on V
para
hace
r m
ás
senci
llo
el
anális
is,
pero
el
puls
o
de
salid
a
es
aún
pro
porc
ional
a
la
energ
ía
de
la
radia
ción
a
travé
s de
la
ioniz
aci
ón p
roduci
da.
Fin
alm
ente
se a
lcanza
la z
ona G
eig
er,
donde
todas
las
radia
ciones
dan
la
mis
ma
salid
a,
independie
nte
mente
de la i
oniz
aci
ón i
nic
ial
o l
a e
nerg
ía d
e l
a
radia
ción.
DETECTORES
CENTELLEADORES
Una desv
enta
ja de
los
conta
dore
s gase
oso
s es
su baj
a
efic
ienci
a p
ara
much
as
radia
ciones
de inte
rés
en fís
ica n
ucl
ear:
el ra
ngo d
e u
n r
ayo
gam
ma d
e 1
MeV e
n a
ire e
s del ord
en d
e
100 m
. Los
det
ect
ores
sólid
os
tienen d
ensi
dades
más
alta
s que
dan p
robabilidades
de a
bso
rció
n r
azo
nable
s para
un t
am
año
norm
al d
el d
ete
ctor.
Para
cr
ear
un
det
ecto
r só
lido
se
debe
adquirir
un
com
pro
mis
o e
ntre
dos
crite
rios
enf
rent
ados:
1.
El
mat
erial
debe se
r ca
paz
de so
portar
un
cam
po
elé
ctrico
gra
nde,
de m
anera
que lo
s ele
ctro
nes
y lo
s io
nes
puedan s
er re
cogid
os
par
a form
ar un p
uls
o e
lect
rónic
o. Adem
ás
en a
use
nci
a d
e radia
ción e
l flu
jo d
e c
orr
iente
deb
e s
er m
ínim
o o
nulo
para
que
el r
uid
o de
fondo
sea b
ajo.
2.
Los
ele
ctro
nes
deben
ser
fáci
lmente
ext
raíd
os
de l
os
áto
mos
y en g
ran n
úm
ero p
or
la r
adia
ción,
y lo
s ele
ctro
nes
e io
nes
deben s
er c
apac
es
de v
iaja
r fá
cilm
ent
e e
n el
mate
rial.
La prim
era
co
ndic
ión pare
ce exi
gir un m
ate
rial
ais
lante
, m
ientras
que
la
segun
da
sugie
re
usa
r un
conduct
or.
El
com
pro
mis
o obvi
o es
un se
mic
onduct
or, ta
l co
mo ve
rem
os.
M
ate
riale
s se
mic
onduct
ores
de tam
año s
ufic
iente
mente
gra
nde
para
const
ruir
dete
ctor
es d
e r
adia
ción ú
tiles
(dece
nas
de c
m3)
no ll
egaro
n a
est
ar dis
ponib
les
hast
a fin
ale
s de la
déca
da d
e lo
s 60 y
para
cubrir
la n
ece
sidad d
e d
isposi
tivos
esp
ect
rosc
ópic
os
nucl
eare
s de alta
ef
icie
nci
a y
una re
solu
ción ra
zonable
, lo
s co
nta
dore
s ce
ntelle
adore
s fu
eron
desa
rrolla
dos
dura
nte
lo
s años
1950.
Los
cont
adore
s ce
nte
lleadore
s so
luci
onan e
l di
lem
a d
e l
a
ele
cció
n d
el m
ate
rial del si
guie
nte
modo: lo
s ele
ctro
nes
que s
e fo
rman e
n e
l pro
ceso
de ioniz
aci
ón n
o s
on los
mis
mos
que los
del
puls
o e
lect
rónic
o.
El
inte
rmedia
rio e
ntre a
mbos
es
la l
uz
ord
inaria.
El p
roce
so c
omple
to e
s co
mo s
igue:
1)
- La r
adia
ción i
nci
dente
inte
racc
iona c
on l
os
áto
mos
y m
olé
cula
s del m
ate
rial e
xcitá
ndolo
s.
2)
- Los
est
ados
exc
itados
se dese
xcita
n em
itiendo lu
z vi
sible
(o p
róxi
ma a
l vis
ible
) de flu
oresc
enci
a.
3)
- La l
uz
llega a
una
superfic
ie f
otose
nsi
ble
arr
anca
ndo
fotoelectrones.
4)
- Los
ele
ctro
nes
se a
cele
ran y
se m
ulti
plic
an p
ara
for
mar
un p
uls
o e
léct
rico
en
el t
ubo fotomultiplicador.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
2
Esquema del funcionamiento de un centelleador
Exi
ste
una
am
plia
va
riedad
de
cente
lleadore
s y
tubos
foto
multi
plic
adore
s dis
ponib
les,
dependie
ndo d
e la
aplic
aci
ón e
n
la q
ue s
e v
a a
usa
r. L
as
pro
pie
dades
que h
ay
que
consi
dera
r en
la
ele
cció
n
del
mate
rial
in
cluye
n
la
fracc
ión de
la
energ
ía
inci
dente
que a
pare
ce c
om
o lu
z, la
efic
ienci
a (la
pro
babilidad d
e
que l
a r
adia
ción s
ea a
bso
rbid
a), e
l tie
mpo d
e re
spuest
a y
la
reso
luci
ón e
n e
ner
gía
.
Para
ente
nder
co
mo fu
nci
ona un ce
nte
lleador, debem
os
consi
dera
r el
meca
nis
mo por
el
cual
la ener
gía
puede se
r abso
rbid
a e
xcita
ndo e
lect
rones
ató
mic
os.
Hay
dos
tipos
bási
cos
de d
ete
ctor
es,
aquello
s co
mpuest
os
de m
ateriale
s org
ánic
os
y aquello
s de
mat
eriale
s in
org
ánic
os.
En lo
s ce
nte
lleadore
s org
ánic
os
(que p
ueden s
er líq
uid
os
o
sólid
os)
, la
inte
racc
ión e
ntre l
as
molé
cula
s so
n r
ela
tivam
ente
débile
s, y
podem
os
ver
sus
pro
pie
dades
en
térm
inos
de l
os
est
ados
exc
itados
dis
creto
s de las
molé
cula
s. H
ay
dos
modos
en l
os
que l
as
molé
cula
s abso
rber
la e
ner
gía
: lo
s ele
ctro
nes
pueden s
er
exc
itados
a e
stados
ele
ctró
nic
os
superiore
s (s
alto
s entre n
ivele
s ele
ctró
nic
os)
, o
bie
n l
os
áto
mos
de l
a m
olé
cula
pueden e
mpeza
r a v
ibra
r (s
alto
s ent
re n
ivele
s vi
bra
cionale
s).
Las
energ
ías
típic
as
vibra
cionale
s so
n d
el
ord
en d
e 0
.1 e
V,
mie
ntras
que l
as
energ
ías
de e
xcita
ción e
lect
rónic
as
son d
el
ord
en d
e u
nos
poco
s eV. La s
iguie
nte
fig
ura
, esq
uem
atiz
a b
ien
todo e
sto:
Esquema de niveles electrónicos y vibracionales moleculares
Los
ele
ctro
nes
exc
itados
son g
ener
alm
ente
aque
llos
que n
o est
án m
uy
implic
ados
en l
a l
igadura
de l
a m
olé
cula
. En l
os
hid
roca
rburo
s aro
mát
icos,
ta
les
com
o lo
s que
pre
sent
an la
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ruct
ura
de a
nillo d
el bence
no,
tres
de los
cuatro e
lect
rones
de v
ale
nci
a d
el ca
rbono e
stán e
n o
rbita
les
híb
ridos
s que e
stán
loca
lizados
entre c
ada c
arb
ono, su
s dos
carb
ono
s ve
cinos
y un
hid
rógeno.
El cu
arto e
lect
rón,
que e
stá e
n u
n o
rbita
l p, no e
stá
tan l
oca
lizado y
no p
artic
ipa t
anto
en e
l pro
ceso
de l
igadura
entre los
áto
mos
com
o los
ele
ctro
nes
s. E
s est
e e
lect
rón p
el
que
es
resp
onsa
ble
princi
palm
ente
del p
roce
so d
e c
ente
lleo.
La r
adia
ción inci
dente
inte
racc
iona c
on m
uch
as
molé
cula
s,
perd
iendo unos
poco
s eV en ca
da in
tera
cció
n al
exc
itarlas.
M
uch
os
posi
ble
s est
ados
vibra
cionale
s pueden s
er
exc
itados
(y
tam
bié
n m
uchos
posi
ble
s est
ados
ele
ctró
nic
os)
. Los
est
ados
vibra
cionale
s exc
itados
deca
en r
ápid
am
ente
(~ 1
ps)
al est
ado
vibra
cional fu
ndam
ent
al,
el cu
al ento
nce
s dec
ae
(en u
n tie
mpo
del
ord
en d
e 1
0 ns)
a u
no d
e l
os
est
ados
vibra
cionale
s del
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
3
est
ado
ele
ctró
nic
o
fundam
enta
l que
a
su
vez
deca
e
rápid
am
ente
a
su
est
ado
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cional
fundam
ent
al
corr
esp
ondie
nte.
En c
ircu
nst
anci
as
nor
male
s, a
tem
per
atu
ra a
mbi
ente
todas
las
molé
cula
s de u
n c
ente
lleador
est
án e
n e
l est
ado m
ás
baj
o vi
bra
cional
del
est
ado ele
ctró
nic
o fu
ndam
enta
l: A la
energ
ía
térm
ica k
.T =
0.0
25 e
V le c
orr
esp
onde u
na p
obla
ción s
iguie
ndo
una d
istrib
uci
ón d
e B
oltz
mann:e
xp(-
E/k
T), d
e m
odo q
ue e
s m
uy
impro
bable
que haya
est
ados
vibra
cionale
s exc
itados
a esa
te
mper
atu
ra.
Est
o h
ace
que s
ólo
uno d
e l
os
foto
nes
que s
e em
iten e
n las
much
as
posi
ble
s transi
ciones
tenga p
robabilidad
de s
er abso
rbid
o p
or el p
ropio
cente
lleador. E
sto repre
senta
una
important
e p
ropie
dad: un centelleador deber ser transparente a
su propia radiación.
De
los
cent
elle
adore
s in
org
ánic
os,
el
más
com
ún
est
á fo
rmado p
or un ú
nic
o c
rista
l de u
na s
al a
lcalin
a c
om
o e
l NaI. S
e nece
sita
que s
ea u
n m
onocr
ista
l para
obte
ner transp
are
nci
a: la
s re
flexi
ones
y abso
rcio
nes
en
las
cara
s del
cris
tal
harían
inse
rvib
le a
l cente
lleador. L
as
inte
racc
iones
ent
re lo
s áto
mos
en
un
cris
tal
hace
n que
lo
s niv
ele
s dis
creto
s de
energ
ías
se
ensa
nch
en form
ando u
na s
erie d
e b
andas
de e
nerg
ía. Las
dos
bandas
superiore
s so
n la
banda de va
lenci
a y
la banda de
conducc
ión. (V
er Fig
ura). E
n u
n m
aterial a
isla
nte
com
o e
l NaI
, la
banda
de
bale
nci
a
est
á
gener
alm
net
e
llenay
la
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de
conducc
ión va
cía.
Una ra
dia
ción in
cidente
pue
de exc
itar
un
ele
ctró
n,
hace
rle s
alta
r el
gap d
e e
nerg
ía (
de u
nos
4 e
V)
y lle
varlo a
la b
anda d
e c
onducc
ión.
En u
n m
omen
to d
ado,
est
e ele
ctró
n, perd
erá e
sta e
nerg
ía, em
itiendo u
n fot
ón y
caye
ndo d
e
nuevo
a la
banda d
e va
lenci
a.
Bandas de energía en un cristal. A la izquierda se muestran
los procesos característicos de un cristal puro como el NaI. A la
derecha, los procesos de un cristal con impurezas: NaI(Tl).
Para
aum
enta
r la
pro
babilidad de em
isió
n de fo
tones
y re
duci
r la
auto
-abso
rció
n
de
luz,
pequeñas
cantid
ades
de
impure
zas
llam
adas
activadores
se
añaden
al
cris
tal.
Un
act
ivador
que
se
usa
co
munm
ente
es
el
thalio
, fo
rmando
dete
ctor
es
com
o e
l N
aI(Tl).
El
act
ivador
pro
por
ciona e
stados
dis
creto
s de
energ
ía e
n e
l gap
y la
em
isió
n d
e luz
tiene lugar
entre los
est
ados
del act
ivador. E
n e
l ca
so d
el N
aI, la longitu
d de o
nda m
áxi
ma d
e e
mis
ión c
am
bia
de los
303
nm
del cr
ista
l puro
a lo
s 410 n
m d
el c
rist
al c
on im
pure
zas.
La a
bso
rció
n a
est
a energ
ía n
o s
e p
uede d
ar
en e
l N
aI(Tl)
dado q
ue l
os
niv
ele
s fu
ndam
ent
ale
s del act
ivador
no e
stan p
obla
dos
y el ca
mbio
de
longitu
d d
e o
nda d
el u
ltravi
ole
ta a
l vis
ible
perm
ite a
pro
vech
ar la
re
gió
n de m
áxi
ma se
nsib
ilidad de la
m
ayo
ría de lo
s tu
bos
foto
multi
plic
adore
s.
En la s
iguie
nte
tabla
, se
muest
ran
alg
unas
pro
pie
dades
de
alg
unos
det
ect
ores
cente
lleadore
s que
se
em
ple
an
norm
alm
ent
e.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
4
NOMBRE
TIPO
λ λλλ (nm)
t (ns)
Efic.Relat
Anth
race
ne
Sol.
org
ánic
o
447
30
0.4
3
Pilo
t B
Sol.
org
ánic
o
408
1.8
0.3
0
NE 2
13
Liq
. org
áni
co
425
3.7
0.3
4
NaI(Tl)
Crist
al i
norg
. 410
230
1.0
0
CsF
C
rist
al i
norg
. 390
5
0.0
5
En
la
tabla
, el
tiem
po
hace
re
fere
ncia
al
tiem
po
de
resp
uest
a d
el d
ete
ctor
(que e
s bast
ante
rápid
o, de
l ord
en d
e lo
s ns)
y la e
ficie
nci
a r
ela
tiva s
e c
alc
ula
resp
ecto
al N
aI(Tl) (que e
s el
que m
ayo
r ef
icie
nci
a pre
senta
) e in
cluye
la
ef
icie
nci
a de
abso
rció
n d
el f
otó
n y
de la
em
isió
n d
e la
luz
de s
alid
a.
La
ele
cció
n
de
uno
u
otro
cente
lleador,
dependerá
princi
palm
ente
del
tipo d
e e
xperim
ento
que
se v
a a
realiz
ar.
Pore
jem
plo
, si
se b
usc
a una a
lta e
ficie
nci
a p
ara
rayo
s gam
ma
se u
sa n
orm
alm
ente
el N
aI(Tl), dado q
ue la
alta
Z (53) del Y
odo
da
una
alta
pr
obabilidad
para
la
abso
rció
nde
foto
nes
. Sin
em
barg
o, s
i se
bus
ca u
n c
orto
tiem
po
de r
espue
sta,
el N
aI(T
l) no
es
muy
bueno,
y lo
s re
lativ
am
ente
poco
ef
icie
nte
s ce
nte
lleadore
s plá
stic
os
pueden s
er una m
ejor ele
cció
n.
El aco
plo
de u
n c
ente
lleador
a u
n f
otom
ulti
plic
ador
puede
hace
rse d
e v
arias
form
as.
Alg
unas
com
bin
aci
ones
dete
ctore
s-tu
bo s
e v
enden y
a c
om
o u
na u
nid
ad s
ella
da.
Los
dete
ctore
s N
aI(Tl) p
ueden s
er
colo
cados
en c
onta
cto d
irec
to c
on e
l cr
ista
l del
tubo f
otom
ulti
plic
ador
usa
ndo u
na s
ust
anci
a t
ransp
arente
que
min
imiz
a
las
refle
xiones
inte
rnas.
Alg
unas
vece
s la
geom
etría
de lo
s fo
tom
ulti
plic
adore
s es
muy
dis
tinta
de la
de
los
cente
lladore
s, o
deben
ser co
loca
dos
lejo
s de lo
s ce
nte
lleadore
s (p
ara
elim
inar
los
efect
os
de
los
cam
pos
magnét
icos,
por
eje
mplo
). En est
os ca
sos
se em
ple
a una guía
de lu
z entre
am
bos.
Izquierda: Selección de centelleadores de NaI, algunos con
fotomultiplicadores acoplados. Derecha: Centelleador grande de
NaI unido a siete fotomultiplicadores.
Un esq
uem
a del
func
ionam
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plic
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y fo
caliz
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por
una
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e e
lect
rodos
llam
ados
dín
odos.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
5
Esquema de un fotomultiplicador. Los electrones liberados
del cátodo son atraidos al primer dínodo y m
ultiplicados. Cada
sucesivo dínodo a un potencial mayor que el anterior. Un tubo
típico tiene de 10 a 14 dínodos. a cada paso, el número de
electrones es aumentado en un factor del orden de 5.
Los
dín
odos
est
án c
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ctro
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s co
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los
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róm
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niv
el
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uest
a.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 1
6
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mente
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NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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a.
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En e
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NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
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A 1
8
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s.
El
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uem
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isió
n
del
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Cs
tal
com
o
se
puede
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ntrar
en
una tabla
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el s
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Prim
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s es
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+ (
sobr
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medio
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NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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detector pequeño (con poca probabilidad de que un rayo
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Espectro gamma registrado con un detector pequeño en el caso
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Espectro gamma registrado con un detector pequeño en el caso
E <1.022MeV
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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2
3.
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.
Esquema de la interacción de radiación gamma con un
detector mediano (caso real).
Espectro gamma registrado con un detector real en el caso
E >>1.022MeV
Espectro gamma registrado con un detector real en el caso
E <1.022MeV
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
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a lo
s ra
yos
X. Est
e e
spect
ro c
oncu
erd
a c
on lo
exp
licado
ante
riorm
ent
e
sobre
la
fo
rma
de
los
esp
ect
ros
gam
ma.
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
5
ESPECTRO DE
RADIACIÓN BETA
En e
l la
bora
torio s
e d
ispone d
e u
n e
spect
róm
etro b
eta
que
const
a d
e la
s si
guie
nte
s partes:
1
Una f
uente
radia
ctiv
a q
ue e
mite
ele
ctro
nes
(P.e
j. 20
4 Tl ó
137 C
s) .
2
Una
abertura
que
sele
ccio
na
los
ele
ctro
nes
em
itidos,
dej
ando p
asa
r ta
n s
ólo
aquello
s em
itido
s en
una d
ete
rmin
ada d
irecc
ión e
n e
l pla
no
horizo
nta
l.
3
Una re
gió
n donde exi
ste un ca
mpo m
agnétic
o
unifo
rme p
erpendic
ula
r al
pla
no d
e l
a t
raye
ctoria d
e
los
ele
ctro
nes.
Ést
os,
dep
endie
ndo d
e s
u v
elo
cidad (
y por
tanto
, de
su
energ
ía
cinétic
a),
seguirán
una
traye
ctoria
circ
ula
r dete
rmin
ada d
entro d
e ese
cam
po.
4
El ca
mpo m
agnétic
o s
e puede v
ariar
(cam
bia
ndo
la i
nte
nsi
dad d
e c
orrie
nte
que p
asa
por
las
bob
inas
que lo g
enera
n. E
xist
e u
na s
onda q
ue
por
efect
o H
all
nos
perm
ite c
onoce
r el v
alo
r del c
ampo m
agnétic
o.
5
Una a
bertura
de s
alid
a co
loca
da d
e t
al
maner
a
que s
ele
ccio
na l
os
ele
ctro
nes
que h
an s
eguid
o u
na
cierta traye
ctoria dentro de la
re
gió
n donde exi
ste
cam
po
mag
nét
ico
y por
tanto
, se
lecc
ionando
la
energ
ía c
inétic
a d
e é
stos.
6
Un co
nta
dor
Geig
er
que
dete
cta
los
ele
ctro
nes
in
div
iduale
s que sa
len de la
abertura
de
salid
a e
inci
den s
obre
él.
Est
e m
ont
aje
queda c
lara
ment
e r
efle
jado e
n las
siguie
nte
s fo
togra
fías:
Fotografías del montaje experimental para la detección de
radiación beta mediante un espectrómetro magnético.
Ante
s de p
roce
der
al aná
lisis
de la form
a d
el esp
ect
ro b
eta
dete
ctado
por
est
e es
pect
róm
etro
, es
nece
sario
exp
licar
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
6
bre
vem
ente
la form
a d
el esp
ect
ro d
e e
mis
ión d
e e
lect
rones
de
la fuente
.
De
acu
erd
o
con
los
dato
s que
conoce
mos
de
una
dete
rmin
ada m
uest
ra (
por
eje
mplo
204 T
l),
podem
os
deduci
r la
fo
rma teórica
de s
u e
spect
ro. Ést
e, a
dife
renc
ia d
e u
n e
spect
ro
alfa
que es
dis
cret
o, fo
rma un co
ntín
uo,
debid
o a que lo
s ele
ctro
nes
son e
miti
dos
junto
a u
n a
ntin
eutrin
o q
ue s
e ll
eva
una
fracc
ión v
ariable
de la e
nerg
ía.
[Reco
mendam
os
repasa
r est
os
conce
pto
s exp
licados
en la p
arte teór
ica d
e la a
signatu
ra.] P
or
eje
mplo
, para
el
caso
del
204 T
l se
puede g
enera
r el
siguie
nte
esp
ect
ro s
imula
do [¡A
tenci
ón! Es
un e
spect
ro e
n m
om
ent
os,
no
en e
nerg
ía].
Est
e e
spect
ro s
e o
btie
ne m
edia
nte
un m
éto
do
Monte
Carlo,
tenie
ndo e
n c
uenta
los
dato
s del m
omento
máxi
mo q
ue p
ueden
lleva
r lo
s ele
ctro
nes
emiti
dos.
Tam
bié
n h
ay
que indic
ar
que p
or
sim
plic
idad no se
han
incl
uid
o lo
s fa
ctor
es
de Ferm
i en el
cálc
ulo
.
Para
una
muest
ra
com
o
el
137 C
s podem
os
sim
ula
r ig
ualm
ent
e su
esp
ect
ro de em
isió
n.
Tenie
ndo
en cu
ent
a el
esq
uem
a d
e n
ivele
s del
137 C
s uno e
spera
ría d
os
pic
os
en e
l esp
ect
ro:
Sin
em
bar
go,
los
ele
ctro
nes
del
137 C
s de m
ayo
r energ
ía,
adem
ás
de
tener
poc
a
pro
babilidad
(5.4
%),
est
án
muy
repartid
os
a lo larg
o d
el esp
ect
ro (
en c
ompara
ción c
on los
del
otro p
ico). P
or
tanto
, est
e p
ico a
penas
se p
uede a
pre
ciar
en
nuest
ro m
ont
aje.
En
realid
ad,
exi
ste
un
terc
er
pic
o,
corr
espo
ndie
nte
a
ele
ctro
nes
de
conve
rsió
n
inte
rna
que
libera
est
e
isóto
po.
Reco
rdem
os
ant
es
de s
eguir e
n q
ué c
onsi
sten lo
s ele
ctro
nes
de
conve
rsió
n in
tern
a (N
úcl
eo*
= N
úcl
eo e
xcita
do):
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
7
Est
os
ele
ctro
nes
tie
nen
la ca
ract
eríst
ica de pose
er
una
energ
ía d
ete
rmin
ada (se
gún lo
s niv
ele
s nucl
eare
s y
ató
mic
os
de
la m
uest
ra) a
dife
renci
a de lo
s em
itidos
por
desi
nteg
raci
ón b
eta.
Para
si
mula
r de
manera
co
mple
ta to
do
el
pro
ceso
de
gener
aci
ón y
dete
cció
n d
e los
ele
ctro
nes
, hac
emos
adem
ás
del
esp
ect
ro
de
em
isió
n,
otra
sim
ula
ción
Monte
Carlo
(usa
ndo
núm
ero
s ale
ato
rios)
en la
que
se h
an
est
udia
do la
s traye
ctor
ias
posi
ble
s que
puede de
scribir en
nuest
ro esp
ect
róm
etro lo
s ele
ctro
nes
hast
a lle
gar
a s
er
det
ect
ados
en e
l tu
bo G
eig
er e
n fu
nci
ón
del
cam
po
magnét
ico
aplic
ado. El
resu
ltado
es
el
siguie
nte
:
Simulación del espectro beta registrado por nuestro
espectrómetro. Se aprecia un pico principal y otro secundario
(correspondiente a electrones de conversión interna). El tercer
pico de electrones no es significativo.
¿Q
ué s
e o
bse
rva e
n la p
ráct
ica e
n e
ste labora
torio? D
ado
el p
orc
enta
je d
e e
rror co
n e
l que tra
baj
am
os e
n e
ste m
onta
je, el
pic
o
de
los
ele
ctro
nes
de
conve
rsió
n
inte
rna,
apenas
es
dis
tinguib
le.
Unos
dat
os
exp
erim
enta
les
obte
nid
os
con t
iem
pos
de a
dquis
ició
n a
ltos
nos
ofrece
n e
l si
guie
nte
perfil
para
est
e esp
ect
ro b
eta
:
Espectro beta registrado en el laboratorio de un muestra de
137Cs
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
8
Espectro beta registrado en el laboratorio de un muestra de
137Cs [DETALLE]
Se
puede
apre
ciar
que
est
e
esp
ect
ro
experim
enta
l co
ncu
erd
a co
n lo
esp
era
do te
órica
mente
, y
sólo
la
fa
lta de
reso
luci
ón d
el esp
ect
róm
etro im
pid
e a
pre
ciar
de u
n m
odo c
laro
el pic
o d
e e
lect
rones
de
conve
rsió
n inte
rna q
ue
exi
ste p
ara
un
cam
po a
plic
ado d
e unos
75 m
T.
NOTA:
Es
inte
resa
nte
com
ple
tar
la v
isió
n d
e e
ste e
spect
ro
(corresp
ondie
nte
a la
dete
cció
n d
e lo
s ele
ctro
nes
em
itidos
por el
137C
s),
con la
de lo
s ra
yos
gam
ma que se
genera
n tras
la
desi
nte
gra
ción b
eta
de e
ste isó
topo,
tal co
mo s
e h
a v
isto
en la
secc
ión s
obre
esp
ect
ros
y dete
ctore
s.
ESPECTRO DE
RADIACIÓN ALFA
En e
l la
bora
torio s
e d
ispone d
e f
uent
es
y dete
ctore
s que
perm
iten r
egis
trar
esp
ectros
alfa
. ¿Q
ué a
spect
o t
ienen e
stos
esp
ect
ros?
Colo
cam
os
una m
uest
ra q
ue e
mite
partíc
ula
s alfa
(p
or
ejem
plo
, 21
0 Po)
frent
e a
un
dete
ctor
dentro d
e u
na c
ámara
en la q
ue s
e h
a re
aliz
ado e
l va
cío (
hast
a tener
una p
resi
ón d
e
tan s
ólo
alg
unos
milibare
s).
NO
TA: El r
eco
rrid
o d
e la
s partíc
ula
s alfa
en a
ire
es
de u
nos
poco
s ce
ntím
etros.
Est
o hace
que si
se
co
loca
se la
fu
ente
ra
dia
ctiv
a u
n p
oco
ale
jada d
el d
ete
ctor si
n h
ace
r el v
ací
o, no s
e
llegaría a
dete
ctar nada.
En u
na t
abla
se isó
topo
s se
puede e
nco
ntrar
el si
guie
nte
esq
uem
a c
orresp
ondie
nte
a la
desi
nteg
raci
ón
del 21
0 Po:
Esquema de la desintegración alfa del 210Po
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 2
9
Se puede ve
r que el
210 P
o se
desi
nte
gra
α (c
on una
pro
babilidad d
el 1
00%
) co
nvi
rtié
ndose
en e
l est
ado e
xcita
do (2
+)
del
206 P
b q
ue e
s est
able
. D
esd
e e
ste e
stado e
xcita
do (
2+)
pasa
a s
u e
stado fundam
ent
al (
0+) lib
era
ndo u
n rayo
gam
ma
de 8
03.
1 ke
V.
El d
ato
Q q
ue
apare
ce e
n la
tabla
, co
rres
ponde a
la e
nerg
ía
tota
l dis
ponib
le e
n e
l pro
ceso
de e
mis
ión d
e la
partíc
ula
α. Para
obte
ner
la e
nerg
ía c
inétic
a c
on la q
ue s
on e
miti
das
realm
ente
la
s partíc
ula
s α h
ay
que tener en c
uent
a e
l retroce
so d
el n
úcl
eo
hijo
que s
e c
rea:
Com
o s
e v
e c
on e
ste c
álc
ulo
, la
energ
ía c
inétic
a c
on la
que
son e
miti
das
las
par
tícula
s alfa
es
de 5
304.
4 k
eV, y
no 5
407.5
ke
V.
Dadas
las
cara
cteríst
icas
de la
inte
racc
ión d
e la
s partíc
ula
s alfa
con l
a m
ate
ria,
a l
o l
arg
o d
e s
u r
eco
rrid
o hast
a l
legar
al
dete
ctor
, to
das
la
s partíc
ula
s alfa
lle
gará
n co
n una energ
ía
sim
ilar. A
l haber
realiz
ado e
l va
cío e
n la c
ám
ara
, la
pérd
ida d
e energ
ía c
inétic
a e
n e
ste r
eco
rrid
o n
o s
erá g
rande.
Por
tanto
, id
ealm
ente
esp
era
ríam
os
regis
trar
con e
l dete
ctor
un e
spect
ro
de e
nerg
ías
con u
n únic
o p
ico c
orre
spondie
nte
a u
na e
ner
gía
T.
A c
ontin
uaci
ón m
ost
ram
os
un e
spect
ro a
lfa típ
ico regis
trado
en e
l labora
torio c
on
dos
esp
ect
róm
etros
dis
tinto
s:
Espectro alfa del 210Po registrado en el laboratorio
NOTAS SOBRE EL LABORATORIO DE FISICA NUCLEAR Y DE PARTICULAS
PA
GIN
A 3
0
Las
dife
renc
ias
de la
s re
solu
ciones
de ca
da apara
to se
re
fleja
n en la
sig
uie
nte tab
la:
En r
esu
men
se a
preci
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ue e
l esp
ect
ro a
lfa p
rese
nta
un
pic
o c
orr
esp
ondie
nte a
la e
nerg
ía c
inétic
a T
de
em
isió
n d
e la
partíc
ula
, co
n u
na a
nch
ura d
e u
nos
100 k
eV p
ara
una p
artíc
ula
co
n u
na e
ner
gía
de 5
300
keV.
NO
TA
: FW
HM
= F
ull
wid
th a
t H
alf
Maxi
mum
- A
nch
o tota
l de una gauss
iana a
mita
d de su
altu
ra.
Per
mite
est
imar
la
anch
ura
de
la g
auss
iana
(es
pro
por
cional a
sig
ma).
![Notas - Radiación de Cuerpo Negro, Efecto Fotoeléctrico]](https://img.pdfslide.net/doc/110x75/55cf9283550346f57b970636/notas-radiacion-de-cuerpo-negro-efecto-fotoelectrico.jpg)
