RADIACTIVIDAD. Serie de vídeos. Primera parte: Las fuentes radiactivas

Hola, he comenzado a grabar una serie de cuatro videos referidos a este interesante tema. Pueden revisar algunas entradas anteriores sobre radiactividad

Radiactividad en el aula

Diez pruebas con materiales radiactivos de baja peligrosidad

Va el primer video sobre las muestras que podemos conseguir

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Ciclotrón didáctico (de macropartículas)

El ciclotrón es un acelerador de partículas que presenta la ventaja de conseguir buenas aceleraciones sin la necesidad de altas tensiones, se trata de dos semicírculos huecos enfrentados de sus partes planas, estos semicírculos se les llama Ds, perpendicular a estas hay un campo magnético uniforme.

Ambas D, están conectadas a un generador de radiofrecuencia (una corriente alternada) de modo que la partícula cargada que se encuentre ambas D será atraída en un momento hacia la D que tenga polaridad opuesta y hacia allí se acelerará, a su vez el campo magnético hará que su trayectoria se curve, como la corriente que alimenta es alterna (radiofrecuencia) en el momento que la partícula quede dentro de la D ésta cambiará su polaridad y así la partícula se verá repelida a la vez que es atraída por la otra, siempre girando en forma de espiral debido al campo magnético, así se repite el ciclo hasta que por el tamaño físico del ciclotrón la partícula sale por un canal acelerada (no esta dibujado en el diagrama adjunto), cuantos mas giros consiga hacerle dar a la partícula mayor será la aceleración alcanzada.

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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclotron_patent.png

Hacer un ciclotrón no es sencillo se deben manejar unos electroimanes muy potentes y no esta al alcance de un laboratorio de aficionado, aunque algunos lo han conseguido.

Como forma demostrativa  de este dispositivo que les presento este arreglo que servirá muy bien.

Necesitaremos una tulipa de iluminación o una ensaladera plástica con esta forma

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IMG_0123 Nótese que las tiras de aluminio están unidas en forma alternada, quedará una positiva seguida de una negativa, las que no llegan al centro están unidas por afuera

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Como fuente de alta tensión puede usarse un Van Der Graaff , una fuente hecha con un flyback o una máquina de Winshurst.

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El dispositivo armado, conectado a la fuente de alta tensión

La partícula a utilizar será una pelota de ping pong pintada con tinta china para hacerla conductora. Las cintas son de foil de aluminio de tipo usado para horno de cocina, van pegadas a la tulipa con cemento de contacto.

Antes de poner en marcha el dispositivo, conviene colocar en el centro (en el cruce de las dos cintas) un cilindro aislante, en este caso usé un acople rápido de manguera de jardín, pero puede usarse un tubo de pvc o un frasco plástico cualquiera.

IMG_0125 La pelota de ping pong debe estar pintada con tinta china, de otro modo no funcionará, también puede verse el cilindro aislante que ayudará a que arranque en forma inmediata

Cuando le demos la tensión inmediatamente la pelota comenzará a girar cada vez con mayor aceleración, (tratar de no darle mucha tensión para que no salten arcos entre las cintas).

Si bien el funcionamiento se basa en atracción y repulsión de la partícula cargada y el giro no lo da un campo magnético sino la misma forma del recipiente, es muy demostrativo de lo que ocurre en el ciclotrón.

Primeros pasos en la construcción de un fusor nuclear (Segunda parte)

Siguiendo con la descripción de este modelo de fusor de Farnsworth pasaré a describir esta importante parte del mismo.

El inyector de deuterio

Es un ingenioso sistema que inventó y desarrolló Gerardo Meiro en su página http://www.cientificosaficionados.com/deuterador/Suministrador%20de%20deuterio.html se trata de usar un metal precioso llamado paladio, que tiene la particularidad de absorber el hidrógeno como si de una esponja se tratara sin combinarse con él, esta lámina de paladio hace de membrana entre la campana de vacío y un sistema de electrólisis de agua pesada (D2O) dejando pasar de manera constante el deuterio necesario para que las reacciones de fusión se produzcan en el interior del fusor.

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El diagrama muestra como esta construido, la parte de color amarillo es un cilindro de teflón mecanizado de manera que de uno de los extremos tiene una tapa donde se encuentra el ánodo, que esta hecho de acero inoxidable, en mi caso usé la cánula de una aguja de hipodérmica de las descartables, se asegura la estanqueidad con una junta tórica en el diagrama verán que están representadas con puntos negros, el dispositivo lleva tres de ellas, en la tapa, en la lámina de paladio y en el acople a la campana de vacío. En el otro extremo del cilindro de teflón esta alojada una varilla roscada mecanizada de tal manera que permita colocar sobre ella la lámina de paladio y la junta que dejará hermético el dispositivo.

La lámina de paladio en mi caso tiene solo 15 mm de diámetro y un espesor de 150 micras, se partió de una lámina comercial

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La lámina la compré por ebay a un costo de USA14 con el envío incluido, pesa alrededor de 0,3 gr. (5 grains)

Se procede a golpearla con un martillo bien plano y contra un objeto metálico, pulido a espejo, hasta alcanzar un espesor de unas 150 micras, medidas con un micrómetro.

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Si se observa con atención la superficie casi aumento al doble después de la paliza.

Hay que ser muy cuidadoso para no formar cráteres y dejar inútil la placa, cada tanto hay que calentar al rojo con un soplete.

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Esta imagen muestra la pieza metálica mecanizada y una espiral de alambre para que la presión no deforme la placa de paladio que queda tan fina.

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En esta se muestra la pieza de teflón con su tapa y la pieza donde irá apoyada la lámina que ya esta recortada, hay trozos de paladio que sobraron.

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La imagen del deuterador casi listo para acoplar a la campana

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El acople a la campana y su junta tórica

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Esta es una vista de la lámina de paladio en el fondo de la pieza de teflón, puede verse alrededor de la misma la junta o-ring.

El dispositivo se llena hasta cierta altura con agua pesada, mezclada con un 5 % de OHNa para hacerla conductora y con la fuente de 2 a 8 v podemos darle mas o menos consumo, eso nos permitirá regular la presión interna de la campana.

Con unos 500 mA el vacío de 5 micras se sube a 15.

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El dispositivo en su lugar para las pruebas.

Otros fusores de este tipo usan inyectores de deuterio con electroválvulas, este ingenioso dispositivo permite manejar el caudal de deuterio variando el proceso de hidrólisis.

Cámara de niebla de expansión

Se que este tema esta en muchas páginas, pero es una linda prueba que requiere de muy pocas cosas y permite visualizar las trayectorias de las partículas de alta velocidad, en este caso radiación alfa de una placa de americio.

Teoría

Este ingenioso dispositivo desarrollado por Charles Wilson,  físico escoses que por este trabajo recibió el premio novel en 1927, permite ver las trayectorias de las partículas ionizantes.
Se trata de un recinto cerrado donde hay vapor súper enfriado que al ser atravesado por una partícula ionizante produce una ionización del vapor produciendo pequeñas gotas que forman la niebla, así al paso de la partícula queda una estela marcando su trayectoria, como si fuera un avión de línea que deja a su paso la estela característica.
Este aparato resultó ser una herramienta muy buena para el estudio de partículas alta energía.

Construcción del dispositivo
Hay dos formas posibles de hacerlo a nivel casero, una es usando hielo seco para súper enfriar el vapor y otra por descompresión brusca del recinto mismo de la cámara, como el conseguir hielo seco es  bastante difícil en algunos casos he optado por construir una que funcione con la descompresión, para ello me he basado en un modelo realizado por un colaborador de nuestro club de ciencias, David Flores un experto en reproducción de aparatos físicos y un artista en los diseños, recomiendo visitar su web donde podrá ver su modelo http://sites.google.com/site/electricalia/503 también ha colaborado con David un prestigioso participante del foro de científicos aficionados Homer.

Como es la cámara de niebla por descompresión

El diagrama muestra las partes de la misma.

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Para construir el prototipo he usado un frasco de dulce de unos 125 cc, una linterna china económica, una jeringa de unos 60 cc y la parte electrónica la he recuperado de una lámpara de bajo consumo quemada

El modelo terminado

Ahora algunos detalles de la construcción:

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El interior de la base, se ve el rectificador de onda completa con su salida polarizada y también puede observarse el caño plástico que va conectado a la jeringa, para hacer la compresión primero y luego descomprimir bruscamente

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Los dos electrodos que “borran” el superior en forma de aro (positivo), hecho de alambre de cobre y el inferior es una arandela de hierro, como sellé con silicona el ácido acético del pegamento la daño, la entrada y salida de aire esta cubierta con un trozo de tela de trama amplia, eso evita bastante las turbulencias y las trazas se ven mas rectas.

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Acá he montado una base negra sobre la arandela y la cápsula plástica tiene en su interior la placa de americio, sacado de un detector de humo, es un potente emisor alfa

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Detalle  del emisor de alfas

La fuente es un simple rectificador de onda completa

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Algunas recomendaciones

El recinto debe quedar perfectamente estanco, (no se debe escapar aire).
El funcionamiento es el siguiente:

Se colocan 1 o 2 cm de alcohol puro en el interior del recinto, presionamos la jeringa y  nos daremos cuenta que esta hermético porque esta se volverá sola.  Presionamos la jeringa hasta el fondo manteniendo presionado unos segundos, luego se saca rápidamente el émbolo, en ese momento veremos las trayectorias de las alfa de alta energía del americio.
La violenta descompresión enfría el vapor que al ser cruzado por las partículas condensa pequeñas gotas que formará la estela característica.
Con este sencillo aparato he podido ver solamente partículas alfa de alta energía del americio, las cámaras de niebla profesionales permiten visualizar alfas betas positrones electrones y una variedad de partículas cósmicas.

Un video mostrando el funcionamiento

La dualidad onda partícula

 

La teoría de la dualidad onda partícula

Hay dos experimentos que fundamentan el comportamiento dual de la luz, en estos dos ensayos la luz y otras radiaciones, como los electrones, se comportan como onda en el caso del experimento de la doble rendija marcando claros signos de interferencia, mientras que en el experimento del efecto fotoeléctrico existen detalles que la teoría ondulatoria no puede explicar y solo puede considerarse que actúan como si fueran corpúsculos.

El experimento de Young

Esta práctica es muy fácil de realizar y se puede hacer de diversas formas, elegí hacerla con encoder de impresora, es una cinta de un plástico transparente que lleva impresas líneas

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El encoder de una impresora de chorro de tinta.

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En esta imagen puede verse aumentada con una lupa la trama que tiene impresa.

También si no se dispone de esta cinta puede usarse un cartón al que se le realiza una pequeña rendija en la que se pega con cinta justo en el medio un cabello, de esa manera quedan dos ventanas a cada lado del mismo

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Acá puede verse el pelo pegado con cinta.

El dispositivo es asi

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Láser

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La cinta encoder en el soporte

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La interferencia que es propia de las ondas.

En este video tomado de youtube puede verse la animación de ondas que se interfieren tal y como ocurre en este experimento.

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Estos son los “figureti” de mis chicos del “Instituto los Sagrados Corazones” como se ve muy preocupados por cómo iban a salir en la foto.

El efecto fotoeléctrico

Si un rayo de luz incide sobre un metal con suficiente intensidad, es capaz de sacar un electrón del metal y expulsarlo del mismo. Según la teoría ondulatoria de la luz si se aumenta más la intensidad del rayo, el electrón emitido debería llevar mas energía, sin embargo esto no ocurre, la energía del expulsado solo depende de la longitud de onda de la luz, del color de la misma. Einstein con una explicación que le valió el premio Novel, demostró que la luz estría formada por paquetes cuantizados llamados fotones, cuya energía depende solo de su longitud de onda, Millikan pasó 10 años tratando de corroborar que Einstein se equivocaba, pero termino recibiendo el premio Novel también porque lo que consiguió con su investigación fue confirmar la explicación de Einstein.

Actualmente la luz es considerada como una radiación compleja de comportamiento dual, en este caso del efecto fotoeléctrico se comporta como una lluvia de proyectiles (teoría corpuscular)

Para reproducir el efecto fotoeléctrico he utilizado una celda fotoeléctrica, la misma esta formada por un metal alcalino y un ánodo metálico todo al vacío.

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Estas celdas son sensibles a la luz y colocándolas en una caja oscura podemos excitarla con luz de distintos colores, en este caso uso led´s de distintos colores.

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Lectura de mV de la luz del led rojo (650 nm)

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Lectura del led verde (500 nm)

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Lectura del led UV (390 nm)

Los leds fueron alimentados con dos pilas de 1.5v, puede verse como varía el efecto fotoeléctrico con el color de la luz con el que se ilumina la lámina de metal alcalino, la frecuencia mas baja sabemos corresponde al rojo en 660 nm luego sigue la del verde en 560 nm y la mas corta de todas la luz negra o UV que en este caso ronda los 370 nm.

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Científicos del futuro, Cómo saben!!!! no se si entendieron, pero si se que se divirtieron

Generando rayos x con la máquina de Wimshurst

Viendo un dibujo en una enciclopedia decidí intentar el experimento, la máquina Wimshurst de construcción casera, una válvula de recepción bien barata, se consigue fácil en ebay por pocos U$A, es un tubo 2X2A, necesitamos también un detector, es probable que una placa radiográfica sirva y hasta nos imprima la radiografía, pero no lo recomiendo ya que deberíamos estar expuestos un buen rato a los RX y como todos saben son radiaciones peligrosas, lo mas fácil es con un detector Geiger.
En el video se puede ver que es muy simple el dispositivo, las conexiones van una a la placa del 2X2A y la otra a una de las patas de filamento (hay 2 patas mas gorditas, esas son las del filamento)
Observe en el video como inmediatamente empieza a funcionar la W sube la aguja del detector y ambos led de alarma se encienden (amarillo y rojo)
Es una prueba interesante, pero repito debe ser corta para no exponerse a los RX en forma innecesaria, si decide ver si puede imprimir la placa coloque entre Ud y la válvula una lámina de plomo para protejerse.
Bueno aca en youtube esta la prueba del trabajo

Bueno va el video

 

El tubo de Crookes

Williams Crookes un científico británico fue el inventor de este dispositivo que lleva su nombre, se trata de un tubo en forma de huevo en el extremo de mayor diámetro esta pintado con SZn un compuesto que tiene la particularidad de hacer fluorescencia cuando es impactado por los electrones. Este tubo tiene dos electrodos donde se conecta alta tensión, en el extremo el negativo y tiene una salida mas o menos en el medio donde va el positivo, además lleva una cruz de malta que reflejará su sombra nítida sobre la pantalla.

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Aprovechando el dispositivo visto con el tubo de rayos catódicos casero he armado el tubo de Crookes.

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En un soporte plástico aislante esta adherida la cruz maltesa mas o menos a 1,5 cm de el ánodo del TRC, en el fondo del frasco he colocado una lámina de acetato pintada con una mezcla de los fósforos obtenidos de una lámpara de bajo consumo con cola vinílica diluida, se da una mano con un pincel suave una vez que seca la cola vinílica queda transparente y una muy delgada capa de fósforo pegada a ella, esa lámina de acetato se corta formando un círculo que entre justo en la botella y a presión se ajusta en el fondo de la misma

Luego se arma con cuidado el dispositivo cuidando que el centro de la cruz de Malta este justo en línea con el orificio del ánodo y listo, se hace vacío se da alta tensión y estos son los resultados:

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Vídeo con el paso a paso para construir el acelerador de electrones para el tubo de Crookes

Versión mejorada

Este esta hecho con un balón de laboratorio, en el interior he puesto SZn mezclado con alcohol isopropílico y lo he rotado hasta que se evaporara

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El video