Experimento 11 Radioactividad PDF

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Universidad de Pereira NOTA: Departamento de Laboratorio de INFORME 11 CICLO DE EXPERIMENTALES RADIOACTIVIDAD Resumen En esta se el comportamiento de la radioactividad, como primer procedimiento se utilizaron diferentes placas para un tiempo igual a 100 segundos, para esas placas se introdujo un mat...

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Universidad Tecnológica de Pereira

NOTA:

Departamento de Física Laboratorio de Física III

INFORME N° 11

CICLO DE PRÁCTICAS EXPERIMENTALES

RADIOACTIVIDAD

Resumen

En esta práctica se analizó el comportamiento de la radioactividad, como primer procedimiento se utilizaron diferentes placas fotográficas para un tiempo igual a 100 segundos, después para esas placas fotográficas se introdujo un material radioactivo para analizar el comportamiento en el mismo tiempo determinado (100 segundos). Integrantes del Equipo de Trabajo Nº Integrantes JUAN SEBASTIAN HERNANDEZ DAVID ALEXANDER ERAZO YACKELINE GARCIA

Cédula 1075286265 1085294039 1088324915

INTRODUCCION

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En 1896 Henri Becquerel descubrió que cierto material oscurecía una placa fotográfica incluso cuando se protegía de la luz, a este fenómeno se le llamo Radioactividad. Después de Becquerel, Maria Curie y su esposo encontraron que la radiación no era alterada si el material radioactivo se sometía a un proceso químico o físico; gracias a esto comprendieron que tal radiación del núcleo. Existen dos tipos de radiación: la radiación natural y la radiación artificial. 1898 Rutherford empezó a estudiar la naturaleza de los rayos emitidos en la radioactividad y los clasifico en tres grandes grupos: -

Rayos α: Carga Positiva. Página 1

-

Rayos β: Carga Positiva o Negatica. Rayos ϒ: Carga Neutral.

La desintegración radioactiva de los núcleos puede ocurrir espontáneamente. Toda muestra radioactiva contiene una cantidad considerable de núcleos. El tiempo necesario para que se desintegre cierta fracción de los núcleos inicialmente presentes pueden variar desde unos microsegundos hasta miles de millones de años dependiendo de la muestra. Sea N0 el número de núcleos radioactivos presentes en una muestra en el tiempo t = 0, y N el número existente en un tiempo posterior t. λ es la constante de decaimiento, el signo menos indica que N disminuye con t.

Para hallar la expresión matemática para el cambio de N, se separan variables y se integra: ∫

∫ ( )

Esta ecuación indica que el número de núcleos radioactivos presentes en una muestra disminuye exponencialmente con el tiempo. El número de decaimientos por segundo se le conoce como actividad R de la muestra y viene dada por: |

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|

OBJETIVOS

2.1 Determinar el valor de radiación de fondo en el laboratorio. 2.2Determinar si la Ley del cuadrado inverso se aplica a la radiación emitida por sustancias radioactivas. 2.3 Hallar la energía de decaimiento beta para la muestra TI-204. 2.4 Estudiar las características de absorción de rayos β. Página 2

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PROCEDIMIENO EXPERIMENTAL

3.1 Operación de tubo GEICER: El voltaje correcto de operación para el tubo GEICER-MUELLER puede ser determinado experimentalmente usando algún tipo de fuente radioactiva. Un tubo funcionando correctamente debe exhibir un efecto de “plateau” en donde el número de cuentas permanece constante sobre cierto rango de voltaje aplicado. El voltaje de operación del tubo es 850v pero no está ente los objetivos de este experimento realizar el proceso para su determinación. Los siguientes pasos están encaminados a que el tubo opere correctamente: 3.1.1 Se conecta el contador al adaptador y este a su vez a una toma de 110v. 3.1.2 Se encendió el contador. En la parte posterior del panel se encuentra la perilla correspondiente. 3.1.3 Se ubicó el control en la posición TIME. Se acciono la tecla UP, aumentando el tiempo de conteo hasta 300s (5 minutos). 3.1.4 Se cambió el control a la posición HIGH VOLTAGE y se acciono el control UP hasta alcanzar 850v. Este será el voltaje de trabajo durante el experimento. 3.1.5 Se cercioro que el tubo GEICER estuviera conectado y ubicado dentro de la cápsula. 3.2 Radiación de fondo: La radiación de fondo está constituida por cierta variedad de radiación natural existente en el ambiente la cual es captada por el sensor causando errores en la medida de la radiación de muestras de baja actividad. Para obtenerla se debe realizar el siguiente procedimiento: 3.2.1 Se alejaron todas las muestras del detector. 3.2.2 El Portamuestras debe estar vacío. 3.2.3 Se cambió el control a la posición COUNTS y se acciono la tecla COUNT del contador. Se registra el número de cuentas durante 300s con el Porta muestras vació. El LED encendido en STOP indica fin del conteo. Se anotaron los datos. 3.2.4 Se acciono la tecla RESET para iniciar nuevamente el conteo. Se presionó COUNT y se repitieron las medidas dos veces más. Se ubicaron los datos en una tabla.

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3.2.5 Se convirtió la actividad encontrada en cuentas por minuto (CPM). Se determinó el promedio de las tres medidas para obtener la radiación de fondo en el laboratorio. 3.3 Ley del cuadrado inverso con la distancia: La intensidad de la luz emitida por una fuente puntual disminuye con el cuadrado inverso de la distancia a la fuente, esta es una ley general para las ondas electromagnéticas. Esta ley se cumple además en otras clases de fenómenos físicos. Puesto que los rayos emitidos por las sustancias radioactivas son análogos a los rayos de luz, uno esperaría que la ley del cuadrado inverso con la distancia se cumpla cuando la fuente se aleje del contador GEICER. Para determinarla utilice los siguientes pasos: 3.3.1 Se tomó la fuente de TI-204, se colocó en el porta muestra y luego se ubicó en la ranura más baja del contador. 3.3.2 Se verifico que el voltaje de operación sea 850v. 3.3.3 Se seleccionó el control en la posición TIME. Se presiona DOWN para el tiempo de 200s. 3.3.4 Se llevó el control a la posición COUNTS. Se presionó COUNT y se registró el número de cuentas. 3.3.5 Se acciono la tecla RESET y se repitió el paso anterior cambiando el Porta muestras para cada posición hasta llegar a la primera ranura. 3.3.6 Se construyó una tabla y se convirtió la actividad observaba en CPM. Se tuvo presente desconectar en cada caso el valor hallado de la radiación de fondo. 3.3.7 Se graficó la actividad en CPM contra distancia de la muestra al detector. 3.4 Absorción de radiación y energía de decaimiento β: Cuando la radiación β es emitida por el núcleo atómico, puede tener un rango amplio de energías. La máxima energía asociada a una radiación β es un factor muy importante que ayuda a identificar el isótopo que la originó. Para determinar esta energía es necesario construir un gráfico del logaritmo natural de la actividad corregida Rc en CPM como función de la densidad del material absorbente. La información necesaria para la elaboración de la gráfica se obtiene de la manera siguiente: 3.4.1 Se colocó la muestra de TI-204 en el Porta muestras y luego se colocó en la tercera ranura de arriba hacia debajo de la base del contador.

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3.4.2 Se verifico que el voltaje de operación continúe en 850v y el tiempo de conteo siga en 200s. 3.4.3 Se llevó el control a COUNTS y se presionó COUNT en el contador. El valor obtenido fue será el número de cuentas registradas sin el bloqueador (cuando no hay un bloqueador entre la muestra y el tubo GEICER). 3.4.4 Se dispone de una caja de 20 bloqueadores de diferente densidad. Se tomó el bloqueador de 4,5 mg/cm 2 y se colocó en la segunda ranura de arriba hacia abajo (ranura siguiente superior a la de la muestra). 3.4.5 Se activó y se presionó COUNTS del contador. Este será el número de cuentas cuando la radiación es bloqueada durante un tiempo de 200s. 3.4.6 Se repitió lo anterior para cada bloqueador orden dispuesto hasta llegar a A1-206 mg/cm2. 3.4.7 Se ubicó en una tabla de datos la actividad observada en CPM.

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RESULTADOS EXPERIMENTALES Y ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS

Radiación de fondo en el laboratorio

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La intensidad de la luz emitida por una fuente puntual disminuye con el cuadrado inverso de la distancia a la fuente.

ANALISIS

1. Calcule el valor promedio de la radiación de fondo en el laboratorio y recuerde de restarle este valor a cada uno de sus datos antes de graficar. A cada tabla de datos se le resto este valor y además poseen su respectiva grafica 2. Importante: La incertidumbre para una medida de radioactividad de aproxima por la raíz cuadrada de la misma medida. Por ejemplo, la incertidumbre de una medida de 100 CPM es de±10 CPM. En los siguientes gráficos deben utilizar esta aproximación para dibujar las barras de incertidumbre en cada dato.

3. Con los datos de la subsección correspondiente a la ley del inverso del cuadrado, trace una gráfica de las actividades observadas en CPM en función del inverso de la distancia al cuadrado de la muestra al tubo GEIGER. Encuentre la ecuación que relaciona las variables. A partir del coeficiente de correlación calcule cual es el grado de confiabilidad en la suposición inicial de que la actividad decae según el inverso del cuadrado de la distancia.

Se puede decir con que la radiación decae con el inverso del cuadrado de la distancia puesto que al principio se obtuvo una gráfica cuya ecuación era potencial (y = 8007.5x -1.8) pero ahora que graficamos las actividades observadas en CPM en función del inverso de la distancia al cuadrado de la muestra al tubo GEIGER se obtuvo en la gráfica una tendencia a una línea recta que cortaba los puntos obtenidos y cuya ecuación es y = 8544.5x - 14.191. 4. Con los datos correspondientes a la absorción de radiación β, trace una gráfica del logaritmo de la actividad en el eje y en función de la densidad del bloqueador en el eje x. Trace la mejor recta posible entre los primeros puntos de tal forma que intercepte el eje x. Con la ecuación de esta recta, deduzca el valor de la densidad del bloqueador en el punto de intersección con x (llámelo D) y reemplácelo en la siguiente relación empírica para la energía de decaimiento β:

La ecuación de la recta representada en la anterior gráfica tiene como función y = -35,253x + 7,3531; haciendo y=0 y hallando x tenemos que:

Con lo cual podemos decir que el podrá contrarrestar los material el que presente una densidad de 0,20858 efectos de los rayos β que produce el Talio-204. Página 7

Reemplazando este valor en la ecuación tenemos que:

5. Compare el valor de Em con su valor teórico. (Emt =0 ,71MeV) Como se puede observar el valor de Em hallado no es cercano al valor teórico, creemos que esto se debe a errores en las unidades y errores de medición además de los errores del instrumento utilizado.

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ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS

5.1 Calcule el valor promedio de la radiación de fondo en el laboratorio. 5.2 Con los datos de la subsección correspondiente a la ley del inverso del cuadrado, utilice papel milimetrado y trace una gráfica de las actividades observadas en CPM en función de la distancia de ubicación de la muestra al tubo GEIGER. Qué clase de curva resulta? Encuentre la relación entre las variables. 5.3 Con los datos correspondientes a la absorción de radiación β, utilice papel milimetrado y trace una gráfica de las actividades (CPM) en función de la densidad del absorbedor.

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APLICACIONES



Contadores Geiger se pueden utilizar para detectar la radiación gamma, y para ello se utiliza el tubo de ventanas. Sin embargo, la eficiencia es de sólo 1%, debido a la baja interacción de gamma con el tubo.

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Las principales cualidades de la radiación de utilidad para su aplicación en industria son: Página 8

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

Atraviesan/penetran la materia. La capacidad de las radiaciones para atravesar la materia varía en función del tipo de radiación. Así pues, dependiendo de la aplicación que se quiera dar en la industria, se elegirá un tipo u otro de radiación. Las radiaciones más penetrantes son los neutrones, seguidos de los rayos gamma y los rayos X. Las radiaciones beta tienen menor capacidad de penetración que las anteriores, pero mayor que las partículas alfa, las cuales no son capaces de atravesar una hoja de papel o nuestra piel.

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Facilidad y precisión de detección. Es posible medir cantidades insignificantes de radiación de manera rápida y precisa. Se puede detectar un átomo radiactivo en cien mil millones de átomos no radiactivos.

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Estimulan la producción de radiaciones secundarias.

CONCLUSIONES

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La radiactividad es una propiedad que resulta muy importante y muy útil para la humanidad, pero a su vez es muy peligrosa. Lo importante de esto es tratar de controlar al máximo esa energía tomando todas la medidas necesarias de prevención y control porque esa energía bien controlada puede ser de muchísima utilidad y puede ayudar a mejorar la vida del hombre aplicando toda esa energía en fines pacíficos que lo ayudan no solo a vivir mejor sino q también a curar y a prevenir enfermedades.

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Cada elemento radiactivo se desintegra con cierta rapidez siguiendo una tendencia de tipo exponencial, a esta desintegración se le conoce como decaimiento radiactivo el cual puede ser muy rápido o muy lento dependiendo del isotopo analizado.



La radioactividad se puede considerar como mala ya que daña la estructura genética de los seres humanos si se expone a niveles muy elevados. Pero hay que tener en cuenta que en la actualidad hay países usando la radioactividad para brindar energía eléctrica a una gran número de personas y, también hay países usando la radio actividad para formar armas nucleares, es decir puede tener resultados buenos como también resultados muy malos, es dependiendo de su uso.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFIC AS

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8.1 SEARZ, ZEMANSKY, YOUNG Y FREDDMAN, FISICA UNIVERSITARIA. Volumen I. Ed Pearson. Undécima Edición. 2005. 8.2 FISHBANE, Paul y otros. Física para ciencias e ingeniería, Volumen I. Prentice Hall, 1994. 8.3 SERWAY, Taymond. Física Tomo I, Cuarta edición. Mc Graw Hill, 1997.

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