Índice Índice Resumen Objetivo Introducción Procedimiento experimental Análisis de resultados experimentales y datos Conclusiones Bibliografía
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO Jaime Urías Espinosa (
[email protected] ) ,Carlos Navarro Malagón, Laboratorio I , Mexico D.F. 5 de enero del 2004 ESPECTROSCOPIA DE PARTÍCULAS ALFA CON DETECTORES DE BARRRERA SUPERFICIE. Resumen. Con un detector de Barrera superficial (DBS) conectado a una fuente, a una computadora y osciloscopio calculamos la dispersión de alfas de una muestra radiactiva de 241Am. Objetivo. Conocer el funcionamiento de los Detectores de Barrera Superficial (D.B.S.) y el sistema electrónico asociado. Determinación de la pérdida de energía dE/dx de partículas alfa. Calibración de energías. Introducción. La primera vez que se discutió la penetración de barreras por partículas fue relación con la emisión de partículas alfa por elementos radiactivos. Los experimentos de dispersión de Rutherford, ha sido investigada la energía potencial V de la partícula alfa a una distancia r del núcleo. Usando las partículas alfa de 8.8 MeV emitidas por el elemento radiactivo Po212, se observó que la probabilidad de dispersión concordadaza con las predicciones de la fórmula de Rutherford sobre todo en el intervalo angular. Las partículas alfas emitidazas por los elementos radiactivos naturales tiene energías comprendidas entre 3 y 8.8 MeV. Los emisores alfa son principalmente núcleos radiactivos de elevado número atómico; las partículas alfa procedentes de un determinado isótopo poseen energías discretas y
determinadas, cuya medida puede servir para la identificación del isótopo en cuestión. Cuando una partícula pesada y cargada como la partícula alfa atraviesa la materia, interacciona fundamentalmente con los electrones atómicos sin sufrir desviaciones apreciables debido a su gran masa; su trayectoria es casi una línea recta.
La espectrometría de partículas con detectores de barrera superficial tiene alta resolución. Las partículas alfa deben detenerse completamente dentro de la profundidad sensible del detector. Las profundidades sensibles son de algunos nm. Los DBS sus cualidades a comparación de cámaras de ionización son: mejor resolución, estabilidad, eficiencia en el volumen activo del 100%, habilidad para discriminar entre partículas de distinto alcance y tiempos de respuesta del orden de nanosegundos. Su principio de operación es un campo eléctrico se establece a través de un medio con baja conductividad de tal forma que al entrar una partícula nuclear y producirse pares electrón-agujero las cargas se separen y sean capturadas en las fronteras. El DBS se construye de 2 semiconductores (tipo n y p) en la interfase de éstos se forma un volumen poco profundo sin cargas conocido como 2
zona de depleción (ZD) si se le aplica una diferencia de potencial: a) De polaridad positiva la ZD desaparece y la unión conduce la corriente. b) De polaridad inversa (en contra) la ZD aumenta y por lo tanto la unión no conduce. La zona de depleción tiene un ancho W que depende de la resistividad del material y del voltaje aplicado V: W 1 / 2( V )1 / 2 (1)
Si se supone la ZD con extremos que terminen abruptamente, entonces la capacidad para un espesor X en un materia tipo p es dada por:
C A(
donde
)1 / 2 (2) 8 V
Procedimiento experimental
Primero colocamos el dispositivo experimental como se ve en la figura.2.
Figura 2.- Dispositivo experimental de espectroscopia de alfas
Luego colocamos nuestra muestra de 241 Am a una separación de 1 centímetro del detector en el vacío a un tiempo de 100 seg,. Colocamos el amplificador para una entrada negativa y una salida unipolar. Colocamos el pulser para una polaridad de pulso positivo y usamos la atenuación de la salida.
es la movilidad de los
portadores mayoritarios , es la resistividad del material, A es la superficie de la unión, V el voltaje de polarización y la constante dieléctrica A continuación se da un esquema del DBS.
Figura 1.-DBS
Donde d es el diámetro correspondiente a la área activa, W es la profundidad de la región sensible (ZD), L es el espesor total de la oblea de silicio y L-W es el espesor de la región no deplecionada.
Colocamos el detector de vías suplementarias para una salida de vías negativas y aumentamos el voltaje despacio. Ajustamos el amplificador al osciloscopio, se observa en este, el pulso de 5Voltios para ver sí están llegando partículas alfas. En la computadora se grafica el numero de partículas contra el numero de canal, el cual es una gaussiana , el cual su máximo representa, la cantidad de energía de alfas de nuestra muestra. Que sería de 548 MeV en el vacío, se mide. Y se observa una delta dada por el ancho de pico a mitad de su altura, que representa la resolución y esta resolución depende del ruido proveniente del detector y del amplificador. Es decir: E Re solución (ch) C La medimos. Limpiamos la pantalla
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Después lo hacemos cuando hay aire con la misma separación y tiempo. Medimos el pico obtenemos la delta. Se realiza otra vez para diferentes separaciones del detector a la muestra las cuales variaremos de 0.5cm. En el vacío y con aire. Se tabula y se realiza el análisis de resultados experimentales y de datos. Se dan conclusiones. Análisis de resultados experimentales y de datos
Bibliografía Robert M. Eisberg, Fundamentos de Física moderna, Edit Limusa Noriega editores , México 1992 . Arthur Beiser, Conceps of modern physics, Edit Mc. Graw hill co. New York. J.Barion y F.C. Young, Nuclear Reaction Analisys, John Wiley and Sons, NY, 1968.
A continuación se dan se dan los datos obtenidos por nuestro experimento: Datos obtenidos del espectro alfa simple y calibración de energía con un pulso Esta Tie Equivalencia Distan Pulso do mp en Energía cia δ (Alfa) (Vo (MeV) (cm) NV) 100 548 5.48 V 1 73 100 420 4.2 NV 1 84 100 .5 558 5.58 V 1.5 67 100 .1 349 3.49 NV 1.5 77 100 563 5.63 V 2 60 s. 100 103 1.03 NV 2 e. V= Estado de vacío NV=Estado sin vacío s.e.=sin equivalencia
Conclusiones Aprendimos la utilización de detectores DBS. Y observamos que a mayor separación de nuestra muestra hay mayor dispersión de partículas alfas. Pero hay más dispersión cuando hay aire y sobre todo.
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