Una prueba simple con el PMT

 

Esta prueba simple, esta inspirada en el experimento de Rutherford. el mismo que

lo llevó a descubrir un nuevo modelo atómico, un átomo vacío, el el esquema era así

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Bombardeaba una lámina muy delgada de oro con radiación alfa y atrás detectaba con una pantalla de SZn los impactos, la gran mayoría de las partículas pasaban de largo a través del oro como si allí no hubiera nada por cada millón de partículas alfa ocho se desviaban un poco y menos aún rebotaban en la lámina. Este experimento lo llevó a unas deducciones geniales, el pensó que el átomo estaba vacío por eso la gran mayoría de las alfa pasaban sin enterarse que estaba la lamina de oro en el medio, y además descubrió la positividad del núcleo

Desde que era un estudiante este experimento siempre me pareció sorprendente, sobre todo que las partículas pasaran como si nada a través de un sólido como el oro y en la época de Rutherford no le habrá sido fácil convencer a sus pares que el átomo no tenía nada dentro

Bien lo que pude hacer con el PMT es detectar las partículas alfa emitidas por el Am 241(americio) proveniente de un detector de humo y hacerlas atravesar un pan de oro, que en realidad de oro no tiene nada, es aluminio muy finito.

Para lograr esto pegue del lado externo de un recipiente plástico un poco de SZn molido, desparramé un poco de cola vinílica y sobre ella distribuí el polvo, dejé secar y quedó una capa transparente de cola con el sulfuro adherido.

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El americio del detector de humo

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El pan de oro trucho y como esta acondicionado en una especie de arandela que puede colocarse sobre la plaquita con americio

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La prueba realizada fue así, primero monté el siguiente dispositivo

 

 

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En esa disposición efectué 5 mediciones de 1 minuto cada una con el siguiente resultado:

Medición Nro    Tasa en CPS

1                      110

2                      115

3                      106

4                      107

5                      109

Luego de esto coloqué la arandela que tiene el pan de oro sobre el americio de esta forma y tome igual cinco lecturas de 1 minuto c/u

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Los resultados fueron los siguientes:

Medición Nro   Tasa en CPS

1                         84

2                         84

3                         80

4                         88

5                         84

La conclusión, a pesar que la placa no es de oro lo mismo la mayoría de las partículas (76.7%) pasan a través del metal, lamentablemente no puedo medir las desviadas, pero lo mismo me resultó interesante y a la vez bastante didáctico el experimento

Electrónica para fotomultiplicadores y Geiger´s

Agradecimientos: A Boticario Tux y Ángel de DTforuM, que fueron las mentes del proyecto y diseñadores de la fuente Ángel y de la placa contadora boti, yo solo me dediqué a  hacer lo que me decían. Muchísimas gracias por la horas de trabajo que dedicaron a esto, el hilo en DTforuM de muchas páginas con los detalles pueden verlos aquí:

http://www.dtforum.net/index.php?topic=54590.msg1010718994#new

 

Introducción

Desde hace un tiempo a esta parte he estado trabajando en un proyecto con un fotomultiplicador (PMT) que me han obsequiado y que no me ha dejado dormir por lo interesante que me resulta experimentar con este tipo de material.

Para los que por primera vez escuchan la palabra les voy a contar como es físicamente y para que sirve.

Los PMT son como una válvula al vacío, algo como el tubo de una TV, pero tiene una estructura interna diferente dentro, lleva una serie de placas metálicas llamadas dinodos.

Los PMT sirven para detectar fotones, es decir pequeñísimos destellos de luz, esta particularidad los hace muy interesantes porque bien sabemos que las partículas subatómicas cuando chocan con determinados compuestos o atraviesan algunos medios son capaces de liberar fotones, si recordamos la experiencia de Rutherford tenemos un ejemplo de ello, él bombardeaba con radiación alfa pan de oro y veía los destellos que esta provocaba en una pantalla de SZn., muchas radiaciones son capaces de producir este fenómeno y este tubo es capaz de detectarlo, para visualizar mejor como lo hace les recomiendo ver el siguiente video en youtube que lo muestra en una animación.

http://www.youtube.com/watch?v=YIHMtdtzQTc

Este tipo de tubos no es económico, pero tampoco es algo inalcanzable, en el siguiente vínculo puede verse en ebay oferta de los mismos.

http://search.ebay.com/search/search.dll?from=R40&_trksid=m37&satitle=Photomultiplier&category0=

Bien, como podemos hacer para utilizar estos tubos, primero debemos fabricar un recinto completamente aislado de la luz para que en su interior puedan verse esos destellos que les comenté, también debemos conseguir el material centelleante, es decir ese compuesto que al ser impactado o atravesado por la partícula emita luz, el agua puede ser ese material, pero necesita partículas de muchísima energía para emitir fotones, esa radiación lleva el nombre de Cherenkov, en la wiki pueden ver mas info sobre esto. Otro material que puede resultar interesante es el poliestireno con el agregado de algún producto que lo haga sensible a las partículas y por supuesto el SZn del que ya hablé antes. Como se recordaran las partículas alfa no pueden ser detectadas por un contador geiger común ya que son muy poco penetrantes, un papel puede detenerlas, en cambio si pueden ser detectadas por el PMT en forma indirecta, ya que veremos los destellos que ellas causan en la superficie del SZn.

Mis objetivos en este proyecto son cuantificar partículas alfa, si consigo el poliestireno centellente cuantificar otras radiaciones y como algo casi inalcanzable, detectar radiaciones de Cherenkov, amen de hacer algunas pruebas con tejidos animales frescos (por favor esos pseudoecologistas que pretenden conservar las ratas del planeta diciéndome que soy el Méngüele de esta época, por favor abstenerse de comentarios que no merecen respuesta)

Empezaré mostrando el PMT que me han regalado y el proyecto que con grandes ayudas he llevado a cavo.

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El recinto oscuro

Se trata de una caja hecha con fibrafacil, en la parte superior esta alojado el fotomultiplicador con parte de la electrónica que lleva en su zócalo. Esta caja tiene en su interior un mecanismo tipo platina que sube y baja, una especie de mesita donde va un recipiente que contiene el material centelleante, es preciso que el centelleante haga contacto físico con el PMT, por eso este mecanismo tipo platina de microscopio. Como siempre con material de reciclado se consiguió el objetivo, la bandeja de una vieja compactera reformada para poder ser accionada con un eje desde afuera fue la elegida para este menester. Por debajo de la mesita que soporta el recipiente del centelleante va una especie de cajón donde va alojada la muestra radiactiva. El interior de la caja esta pintado de negro mate pero el recipiente con el centelleante debe ir forrado con aluminio para que no escape ningún fotón. Otra característica que tiene la caja es una puerta swicheada, debido a la altísima sensibilidad que tiene el PMT, el solo hecho de ser expuesto a la luz puede estropearlo, por lo que es muy necesario que este swich corte la energía antes que por accidente dejemos el instrumento fuera de servicio.

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La electrónica

Esto fue motivo de varias pruebas, empecé con algo sencillo, la electrónica del PFDC se trata de una fuente de alta tensión tipo flyback que alcanza tensiones de alrededor de 1300-1500v con muy baja corriente, y un detector muy simple que solo detecta y da una lectura en un instrumento de la media de cuentas por minuto, esta sencilla electrónica me permitió comprobar que el pmt funcionaba a la perfección y encontrar los valores a los que empezaba a detectar. El detalle de la electrónica pueden verlo en la página del profe, ( www.cientificosaficionados.com )solo voy a agregar un par de videos en youtube donde pueden ver mediciones sobre ella y otro video en el que se aprecia el conjunto funcionando.

http://www.youtube.com/watch?v=mAdMtZWR310&feature=user

http://www.youtube.com/watch?v=IL9ucP2i0IA

Bueno cuando llegué a ese punto, un par de amigos del DTforuM me entusiasmaron para fabricarle una electrónica que pudiera realmente contar los fotones, el hecho es que hace un par de meses que estoy muy entretenido con esto.

La electrónica consta de una fuente de alta tensión diseñada por Ángel o Black Tiger realizada con materiales reciclados una fuente de PC, esta fuente llega con facilidad a los 2300v puesto que este PMT trabaja con tensiones bastante altas, en la siguiente hoja de datasheet se ven las características del mismo:

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Fotomultiplicador/PMT331.pdf

El circuito de la fuente es este,

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El transformador es con núcleo de ferrite recuperado de la misma fuente de PC y tiene 10+10 espiras en primario y 800 en el secundario.

Entrega entre 160v y 2300v

Ángel ha escrito un buen documento que amplía lo que he puesto aca y les recomiendo vean

http://www.electrowork.com.ar/ElectroTiger/Fuente%20alto%20voltage.htm

La parte de la placa contadora la diseñó Héctor (Boticario Tux de DTforuM) aunque piensen que es un ingeniero electrónico, no, es un farmacéutico, que ejemplar, cada día lo admiro más, una máquina el boticario.

En principio para poder armar esta placa es necesaria una herramienta, una grabadora de pic`s que se conecta a la salida serie de la PC y permite introducir el programa en el micro, todos los datos para la construcción de esta grabadora estan en

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/browse.aspx/P%c3%bablico/Grabadora%20de%20pics

También allí mismo esta el programa necesario, icprog con un driver para poder usarlo con XP.

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Para hacer los PCB (circuitos impresos) les recomiendo ver en el foro del PFDC el siguiente hilo, donde explico detalladamente la manera de hacerlo utilizando una fotocopia y la plancha, si la de las camisas, al máximo.

http://www.cientificosaficionados.com/foros/viewtopic.php?t=7057

Una vez armada esta se puede comenzar a trabajar en la placa contadora propiamente dicha, la siguiente es una vista del PCB ya terminado

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Si bien se ve compleja con la técnica de transferencia es bastante sencillo hacerla, la lista de materiales es la siguiente:

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/BOM.pdf

El PCB y la seda (disposición de los componentes en la placa)

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/PCB.pdf

El esquemático o circuito

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/esquematico.pdf

En el esquema falta el pequeño amplificador de audio, en el siguiente link lo podes encontrar como tambien el pcb, la entrada se conecta a la pata 6 de U7 en la placa contadora atravez de un capacitor de 4n7

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/browse.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/Amplificador%20de%20audio?uc=2

El display que utiliza:

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/display.JPG

Y el programa que hay que cargarle a la pic

http://cid-c7f66de844f97871.skydrive.live.com/self.aspx/P%c3%bablico/Contador%20de%20pulsos/cesar1f.HEX

Bueno acá agrego algunas fotos de cómo queda la placa

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Aspecto de los mensajes en el display y menús de ajuste

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Un video del funcionamiento del conjunto.

  

Actualmente estoy puliendo algunos detalles, (arcos que se producen e interfieren en la lectura) pero le falta muy poco y comenzaré las pruebas con el contador.
Los tendré informados de los adelantos.

Generando rayos X con válvulas comunes de recepción

Advertencia: Los rayos X no son un juguete para divertirse, son radiaciones peligrosas que pueden causar quemaduras y lo peor el exceso de exposición a las misma puede producir cáncer ya que al impactar con las células puede alterar el DNA de las mismas.

Por tanto para trabajar con esto deberá protegerse todo el habitáculo donde se encuentre el tubo con una caja de plomo, dejando solo una ventana por donde podrán salir los RX para las experiencias.

Además el operador deberá estar habituado a trabajar con altas tensiones del orden de los 50 a 70 Kv.

 

Agradecimientos: Este proyecto no hubiera sido posible sin la colaboración de varios miembros de DTForuM, Armac, Black Tiger, Drearta,  y varios otros que colaboraron activamente en un extenso hilo que recomiendo revisen, pongo el link del mismo.

http://www.dtforum.net/index.php?topic=45809.msg1010659662#new

También de científicos aficionados AJDM, Matiass, Homer, Anilandro y Julio Fotón.

Muchas gracias a todos sin Uds, no hubiera podido.

 

Un poco de teoría: Hay dos maneras de producir rayos X. Uno es llamado Bremsstralhung, que es la palabra alemana para significar "radiación de frenado". El otro es llamado emisión de la capa K. Los dos pueden ocurrir en átomos pesados como el tungsteno.

 Bremsstralhung es más fácil de entender usando la idea clásica de que una radiación es emitida al cambiar la velocidad del electrón disparado al tungsteno. Este electrón se frena después de girar alrededor del núcleo de tungsteno y pierde energía, radiada en forma de rayos-x. Después de emitir el espectro de rayos-x, el electrón original se frena o se detiene, ninguno de los fotones tiene más energía de la que tenía el   electrón inicial.

Rayos X por emisión de la capa K. El nivel K es el estado más bajo de energía de un átomo también llamado 1S.

El electrón que viene del cañón a un electrón del nivel K de un átomo de tungsteno puede transmitirle suficiente energía para sacarlo de su nivel energético. Entonces, un electrón de un nivel de energía mayor (de una órbita más exterior) en el átomo de tungsteno puede caer al nivel K. La energía perdida por este electrón se manifiesta en un fotón de rayos-x. Mientras tanto, electrones de alta energía bajan al sitio dejado vacío en la órbita externa, repitiendo el proceso. De esta forma la emisión del nivel K puede producir una mayor intensidad de rayos-x que el Bremsstralhung, además de que el fotón de rayos-x sale con una sola longitud de onda. Este es el método que vamos a emplear en este experimento.

Vamos a acelerar electrones con una fuente de muy alta tensión que genera entre 60 y 70 Kv, en mi blog pueden ver el detalle de la misma, es la misma usada para el lifter con el agregado de otro flyback en serie, un muy buen artilugio para llegar a semejantes voltajes http://anajesusa.spaces.live.com/blog/cns!C7F66DE844F97871!537.entry

 

Construcción de un aparato de Rayos X casero

Como lámpara emisora de RX estuve probando varias, sobre todo las viejas rectificadoras de alta tensión en televisores blanco y negro, del tipo 1B3, 1G3 y otras mas chiquitas del tipo DY802, todas ellas emiten RX pero son RX “blandos”, ellos están cerca de de los UV y se solapan con ellos, este tipo de radiación es  la mas peligrosa, al tener menos penetración, toda la radiación recibida produce efecto ionizante que se queda en la piel y tejidos blandos. En cambio los RX "duros" estan mas cerca de los gama.

Con ninguna de estas válvulas pude imprimir en papel fotográfico, si es perfectamente detectada la presencia de RX por el contador geiger.

La lámpara que si produce los RX hard, es la 2X2A, una lámpara muy económica, la compré por ebay a un costo de 13 U$A con flete incluido, por ese precio me mandaron 2 unidades.

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Lo mas tedioso de este proyecto es armar un buen sarcófago para la lámpara, esto es fundamental para no exponernos a las peligrosas radiaciones y tampoco exponer a nuestra familia, todo este tipo de experimentos debe realizarse preferentemente en la soledad de nuestros laboratorios, alejados del mundo civilizado, je je, es en broma, pero es cierto todos los cuidados son pocos, si hay embarazadas en casa, abstenerse de estos experimentos.

Para armar el sarcófago lo aconsejable es conseguir un tubo de PVC en el que entre la válvula y realizarle una ventana tal que cuando la válvula este dentro la de mayor emisión quede a la vista, luego con plancha de plomo de unos 2 mm, 3 mm mejor, se reviste todo el tubo plástico que servirá muy bien para aislar la alta tensión. En mi caso chapa de plomo no he conseguido por lo que corte un caño de Pb del mas grueso que conseguí, lo enderecé a martillo  y luego con eso revestí el caño plástico, cortando también la ventana en el mismo lugar que se le había hecho al tubo. En las casas donde venden PVC también venden accesorios como tapas para estos caños, hay que conseguir 2 del tamaño del caño usado y revestirlas también con plomo, en el centro de estas tapas se practica un agujero por donde pueda pasar un caño plástico del tipo de los usados en combustible, dentro de éste pasaran los cables de alta aislación que alimentarán la válvula.

Yo al final no usé PVC lo hice con un envase de siliconas vacío y reforzado con otro tubo plástico que entraba justo en su interior.

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Una vez conseguido esto lo conveniente es darle alta tensión y comprobar con el geiger que la emisión salga exclusivamente por la ventana, que debemos apuntarla para donde no haya gente, para algún patio o si estamos en un altillo como es mi caso, la apunto oblicua hacia arriba.

Una interesante prueba antes de largarnos con la radiografía, es investigar que lugares de la válvula son los que mas emiten, ya que la geometría de la misma no es la de un tubo de rayos X y por esa geometría habrá lugares con mas y menos emisión, para localizar estos puntos, se envuelve una placa fotográfica alrededor del tubo plástico, marcando bien la posición de la válvula y del papel fotográfico, para luego poder identificar bien las zonas. Sería muy conveniente hacer esto antes de cortar la ventana, para elegir el lugar mas adecuado

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Controlado esto llegó el momento de sacar las radiografías, la radiación se abre desde la ventana unos 30 º para cada lado, lo conveniente es poner lo mas cerca posible el objeto que se quiere investigar e inmediatamente tras de él un papel fotográfico resguardado de la luz con un sobre de plástico negro, no debe ser muy grueso el plástico este, en mi caso usé una tapa de carpeta portafolios de ese color, hay que investigar mas este punto, he probado con cartulina negra, pero si bien es muy permeable a los X, las radiografías salen muy feas, influye la trama del porta placas.

Algunas de las fotos que aquí agrego fueron expuestas 15 y 50 minutos. Usé papel fotográfico pero puede usarse película

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Una plaqueta de circuito impreso

 

despertador 

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Un despertador, a este tendría que hacerle cirugía le veo el engranaje inflamado je je, la verdad que tengo muchas ganas de destriparlo ya que no entiendo bien todo lo que se ve.

 

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Este es Mikey, pobre tan filantrópico, se entregó de lleno al proyecto

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Con mucha buena voluntad en la parte inferior se pueden ver las cavidades oculares

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 mano

 

Bueno este proyecto todavía no termina, trataremos de acortar el tiempo de exposición que es muy largo.

 

 


 

Diez pruebas con materiales radiactivos de baja peligrosidad


 

 

Introducción:

Más de uno pensará que esto es peligroso y pasará de intentar cualquier cosa con materiales radiactivos, bueno en realidad estos materiales que vamos a usar para las pruebas no son riesgosos si se tienen los cuidados necesarios, se trata de minerales radiactivos, las archiconocidas camisas de farol, alguna plaquita con americio sacada de algún detector de humo y si tenemos suerte de conseguir alguna aguja con pintura fluorescente que tenga radio, actualmente las pinturas de este tipo no tienen radiactividad, las que sirven son agujas de reloj bastante antiguas (años 1930 a 1950) esas si probablemente tengan la pintura de bromuro de radio que nos interesa, este tipo de pintura es muy activa y lo mas recomendable para las pruebas.

 

 

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He agregado para descargar dos archivos muy interesantes sobre radiactividad, sugiero su lectura

Archivo 1

Archivo 2

Como medidas de precaución vamos a guardar estas muestras en contenedores apropiados construidos con plomo, para mas información recomiendo visitar http://anilandro.googlepages.com/caja_plomo mi contenedor como verán esta construido como ese link lo enseña.

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También como medida preventiva usaremos guantes de látex para manipular estos elementos y trataremos de no acercar los materiales a nuestros órganos nobles, es decir no llevar las muestras en los bolsillos y fuera del contenedor. Para mas información sobre radiaciones aca hay un documento en pdf muy recomendable, para bajarlo pulsar aqui 

Para algunas pruebas será necesario el contador Geiger, pero si no se dispone del mismo varios experimentos de los descritos podrán realizarse

 

Agradecimientos: como en otras oportunidades siempre estoy solicitando asesoramiento y ayuda a integrantes de los foros donde participo, especialmente agradezco la colaboración al PFDC que gentilmente me envió muestras minerales a Aewolframio, AJDM, Hector.ar (Boticario), Maca, Anilandro, Armac, todos han contribuido con alguna idea o me han sacado dudas. Muchísimas gracias.

 

Las diez pruebas

1.     Bequerel Efecto de los materiales radiactivos sobre papel fotográfico

Todos recordaran la experiencia de Bequerel que lo llevó a descubrir estas interesantes sustancias, el dejó un material radiactivo sobre una placa fotográfica al abrigo de la luz, cuando revelo encontró la placa velada, bien nosotros podemos replicar esta prueba fácilmente, nos conseguimos papel fotográfico o una placa radiográfica, lo ponemos dentro de un sobre, preferiblemente negro de cartulina, siempre cuidando que la luz no alcance este papel sensible, luego colocamos arriba del sobre el material radiactivo, lo dejamos uno o dos días sin moverlo y luego revelamos la placa

 

 

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2.     Penetración de las radiaciones Se procede  en principio contando con el geiger la radiación media de un material, luego el mismo se va tapando con papel, y se vuelve a hacer el conteo, con aluminio y por último con plomo. Se explica la penetración de cada tipo de radiación.

Otra forma de hacer esta prueba es utilizando papel fotográfico, al mismo sobre negro que usamos en la prueba anterior lo marcamos cuestión que nos queden  en cuatro sectores. Para ver todas las radiaciones presentes en la muestra colocaremos la misma en una de las divisiones por dentro del sobre haciendo esto en cuarto oscuro, dejamos 1 día, luego en cuarto oscuro sacamos la muestra y la colocamos sobre el papel del sobre en otra de las divisiones, otra vez dejamos un día, trascurrido el mismo en otra de las secciones colocamos un papel aluminio y sobre el mismo el material, dejamos otro día, por último en la última sección que nos queda ponemos una plancha de plomo y sobre la misma el material. Se vuelve a dejar por un día y luego se revela la placa

 

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En esta foto vemos el papel fotográfico con las marcas del cuadrante, la mas oscura corresponde a todas las radiaciones incluida la fosforescencia de la pintura, inmediatamente arriba, partículas beta y gamma y en el costado superior derecho muy pálida la marca de las gama únicamente, el costado inferior derecho no presenta nada estuvieron bloqueadas las radiaciones con la plancha de plomo 

3.      Ionización del aire: Los iones ayudan a los gases a conducir la electricidad

 Cuando un átomo es golpeado por una partícula rápida, como las emitidas por materiales radiactivos, o absorbe luz, puede expulsar un electrón. Lo que queda es un átomo cargado eléctricamente o "ion," con una carga positiva; al proceso se le denomina "ionización."

 Cuando ocurren estos procesos en el aire, producen iones libres y electrones, que se pueden mover y transportar la corriente eléctrica, algo que no pueden hacer los átomos neutros. El aire es normalmente un aislante eléctrico excelente, pero con la ionización, las cargas eléctricas pueden fugarse a su través.

Esta fuga se usó, alrededor de 1900, para detectar emisiones radiactivas y medir su intensidad. La figura muestra un instrumento simple para llevar a cabo estas mediciones. Se llama electroscopio y está formado por dos hojas paralelas de aluminio, protegidas del viento dentro de una recipiente de vidrio transparente, que están unidas a un eje metálico aislado de la caja saliendo de esta.

Cuando se carga eléctricamente la lámina del extremo del eje (p.e. frotándola con un paño seco), las hojas se separan, ya que ambas transportan cargas eléctricas de igual signo y se repelen. Sin embargo, cuando se acerca una sustancia radiactiva, la carga eléctrica se fuga hacia la caja y las hojas caen de nuevo. 

     En las fotografías se muestran dos electroscopios iguales cargados con la misma fuente electrostática, en uno hay una muestra radiactiva en el fondo, como se ve las placas del electroscopio estan caidas mientras que en el otro que no lleva la muestra se mantienen durante mucho tiempo separadas

 

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Debo reconocer que esta prueba no es tan contundente cuando estamos usando estos materiales de tan baja actividad nuclear
 

 

 

4.     Fluorescencia: Los materiales son sometidos a la luz UV, con un detector de billetes falsos se hace perfectamente, casi todos los materiales radiactivos tienen  presentan fluorescencia frente al UV. Esta es una buena forma de investigar

     minerales si no se dispone del contador Geiger

 

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5.     Efecto de la temperatura sobre materiales radiactivos

En esta prueba vamos a comprobar que las variaciones de temperatura no alteran la actividad nuclear, para ello usamos nitrógeno líquido que presenta en este estado una temperatura de -196ºC. Se monta un dispositivo que permita que el contador geiger quede siempre a una misma distancia de la muestra y esta pueda ser enfriada sin que se mueva del lugar. Para ello sobre un recipiente que soporte la temperatura del nitrógeno, en mi caso usé un recipiente para helados de telgopor, en el fondo del mismo se coloca la muestra sobre algún trozo de metal para que luego cuando vertimos el nitrógeno tome la temperatura de este pero sin tocar el líquido, esto es muy importante porque no debe quedar sobre el material ninguna condensación para que la medida sea válida. Sobre la boca del recipiente se acomoda el contador geiger y se toma la radiación media por minuto, hacer unas 5 lecturas y tomar el promedio. Luego se vierte el nitrógeno cuidando de que el material no quede sumergido en este, cuando los vapores dejan de verse se hacen también 5 lecturas de la radiación media por minuto y se saca el promedio. 

El resultado  deberá ser el mismo si se tomaron las precauciones antes citadas.

 

nitrogeno2

 

6.     Espintaroscopio

 Este sencillo instrumento permite la visualización directa de los impactos de partículas alfa sobre una pantalla sensible de Sulfuro de Zinc.

Para esta prueba puede usarse la plaquita de Américo de los detectores de humo, el americio es un poderoso emisor de partículas alfa. Para realizarlo desarmamos el ocular de un microscopio y sobre la tapa a rosca del mismo pegamos con cemento de contacto el material radiactivo, en medio el ocular tiene una división perforada, sobre la que vamos a instalar la placa sensible de SZn. Para visualizar los impactos nos pondremos a oscuras por el término de 5 minutos para que la vista se adapte, luego en la oscuridad observamos por el ocular y veremos los impactos como pequeñas chispas. Para este experimento es muy importante la adaptación previa, es decir estar los 5 minutos al oscuro antes de mirar.

 

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7.     Cámara de niebla

Este dispositivo esta muy bien descrito en el siguiente link  http://palmera.pntic.mec.es/~fbarrada/aula/aula1a2.html

8.     Contaminación

En este punto no me voy a detener mucho, voy a contar solo una anécdota de cuan contaminantes son estos materiales si no se toman las medidas de seguridad, cuando terminé de hacer la prueba con el nitrógeno líquido, con una servilleta de papel sequé el material que es un cuadrante con pintura de radio, luego medí la radiación media que presentaba el papel y había aumentado casi al doble de lo que una servilleta limpia, si alguien toma la posta de ésto sería bueno que se contamine una germinación de semillas usando una camisa de farol incinerada, alimentando la germinación solo con agua y este material, luego cuando haya crecido la plantita disecar las raíces, el tallo y las hojas por separado midiendo la radiación en cada parte.

 

9. Propagación de las radiaciones en medios líquidos.

Pruebas en medios más o menos concentrados.

Resultados de una prueba utilizando agua, alcohol etílico, vaselina líquida y sangre humana. Para realizar la prueba hay que colocar el contador geiger fijo y debajo del mismo la muestra radiactiva, para lograr siempre un espesor de líquido igual para cada muestra, se utilizó una caja plástica en la que se vertieron 30 cm3 de líquido, se hicieron 3 lecturas tomando la media de radiación que atraviesa

 

 

Agua

Etanol

Vaselina

Sangre

Densidad

1,000

0,780

0,860

1,088

Radiación media uSv/h

0,70

0,91

0,75

0,65

Viendo los resultados en esta tabla parecen indicar que a los líquidos cuanto más densos mas atajan la radiación

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 liquidos 001

  liquidos 002

10.                       Una cámara de niebla electrónica

 A veces resulta difícil conseguir el hielo seco y además la iluminación con los vapores no permiten una buena visualización de los de los trazos de las partículas subatómicas. Este sistema que les voy a proponer ahora es muy sencillo consiste en desarmar la cámara web y dejar el sensor CCD al descubierto, para ello se le saca la lente que viene enroscada, una vez hecho esto se coloca directamente sobre el sensor el material radiactivo, puede ser una aguja con radio como en mi caso, o una placa de americio de los detectores de humo luego se tapa la entrada para quede absolutamente al oscuro y se observa la pantalla de la PC, se verán chispazos aleatorios esporádicamente, algunos de los cuales dejan como una estela, tal como ocurre en la cámara de niebla. Lo que conviene es capturar la película y luego pasarla frame a frame para ver bien los impactos.

 

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CCD 001

CCD 002

particula 

         particula2

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Los Rayos catódicos y el experimento de J.J. Thomson

Como recordaran Thomson fue el descubridor del electrón, como en cada adelanto que se produjo en el conocimiento de la estructura electrónica del átomo hay un fenómeno físico que los científicos de la época estaban estudiando que esta relacionado, en este caso se trata de la descarga en gases. Si a un tubo se le hace el vacío y a dos electrodos en su interior se les da alta tensión en el ánodo (+) se produce una luminosidad azul verdosa. Muchas veces me he propuesto reproducir este fenómeno en casa, pero no es tan sencillo, el problema principal es hacer el vacío, se trata de de un vacío considerable de del orden de 10-5 atmósferas que se puede conseguir con una bomba de difusión, eso obviamente no lo tengo ni en el laboratorio común de nuestros colegios hay. Asi es que como siempre hay que recurrir a materiales en desuso, buscar algo que ya tenga hecho ese vacío, pues muy simple, un tubo de TV o un tubo de monitor viejo son la solución, en mi caso tenía en el altillo de mi casa un viejo monitor monocromático de esos que ya no se usan mas, ni siquiera es VGA, utilizaba una placa llamada Hercules y es de la década del 80, el procedimiento que voy a mostrar puede usarse en algún TV monocromático que tengamos y estemos dispuestos a sacrificar en pos de la docencia, (Después puede volverse sin problemas al estado original).

Antes que nada debemos verificar que el monitor o tele que vamos a usar este funcionando, ya que vamos a usar el tubo y los componentes que hacen que el mismo funcione, la fuente de AT (Flayback) control de brillo y contraste, alimentación de filamentos, etc. Importante: Ojo porque adentro del tv hay muy alta tensión ver bien las fotos para no meter mas manos donde no debemos, además de tener sumo cuidado con los alumnos, no sea que alguno toque y quede duro.

Vista del monitor desarmadoAca ya fue quitado el yugo, puede verse a un costadotrctubo de thomson

La experiencia que vamos a hacer es la de mover el flujo de electrones del interior del tubo con un campo magnético, que fue lo que indujo a Thomson a concluir que esos rayos que provenían del cátodo no eran rayos X, sino otro tipo, conformados por partículas materiales que tenían carga negativa, recordar que los rayos X son ondas electromagnéticas que no modifican su trayectoria cuando pasan por un campo magnético o eléctrico, en cambio estos rayos catódicos si lo hacen.

Vista de la pantalla sin el yugoEn el cuello del TRC hay un imán que desplaza el punto

Bueno a modificar el monitor, sacarle la cobertura plástica (verificar que se encuentre desconectado), identificar el TRC (tubo de rayos catódicos, ver fotos) es la pantalla, verán que tiene un cuello al final de este cuello hay un zócalo de donde salen un montón de cables.

Mas arriba, ese cuello tiene como un anillo plástico donde se ven arrolladas varias bobinas, se llama yugo, son las bobinas que hacen que el haz de electrones se abra y se vea en toda la pantalla, lo que vamos a hacer es sacar el zócalo de la punta con mucho cuidado, a veces suele estar pegado con un cemento plástico, despegarlo con cuidado sin dañar el tubo, una vez que sacamos el zócalo aflojamos un tornillo que tiene el yugo y con cuidado lo tiramos hacia atrás hasta sacarlo del cuello (también suele estar pegado con el cemento plástico), al yugo lo ponemos a un costado sin sacarle ni cortarle ningún cable. De esta manera vamos a encender el monitor y veremos que se produce en la pantalla solamente un punto central muy brillante, con el control de brillo bajarlo, porque si no puede dañarse la pantalla. Ahora solo nos queda conseguir un imán y verificar el desplazamiento del punto brillante según que polo acerquemos al cuello del TRC. Es un experimento sencillo pero bastante útil para mostrar que es un tubo de rayos catódicos, sus partes , la fuente de alta tensión y por sobre todo el efecto de los campos magnéticos y eléctricos sobre los rayos catódicos, si tienen además algún conocimiento de electrónica se podrá aplicar un campo eléctrico que dará resultados similares al magnético.

Precauciones: Para el profe que esta conduciendo el práctico, tener cuidado con el chupete de alta tensión que alimenta el ánodo del TRC, al imán acercarlo al tubo atravez de algún elemento aislante, no tocar nada cuando esté encendido el aparato. A los alumnos conviene colocarlos a todos frente a la pantalla una vez que se ha explicado y mostrado el tubo, fuente de alta tensión etc estando apagado, luego se los pasa frente a la pantalla para evitar que por accidente toquen algo del circuito que esta a la vista.

En el experimento de Thomson se veía sobre el ánodo la luminosidad, aca el ánodo esta encerrado en el tubo y no se ve, pero es un tejido metálico que permite que los electrones lo atraviesen e impacten sobre una pantalla química de fósforos que al impactar un electrón hace una chispa. Ver fotos.

 

Radiactividad en el aula

 

Pruebas con materiales radioactivos

 

Cuando nos toca enseñar en química la radioactividad, el átomo de Rutherford, etc, se nos complica encontrar un trabajo práctico adecuado. Mas, si uno piensa como yo hasta hace poco tiempo, que los materiales radioactivos solo están en oscuros laboratorios tipo bunquers con paredes de plomo y bajo llave, que solo tiene el jefe del pentágono.  La cuestión es, que no es tan así, resulta bastante fácil conseguir sustancias radioactivas inofensivas para la salud, pero que nos pueden servir para hacer algún trabajito sencillo.

Lo primero que tenemos que hacer es conseguir el material, en mi país es fácil conseguir las mechas de faroles tipo sol de noche, estas mechas en algunos lugares (no en Europa) se fabrican con oxido de torio, el Th es un material radioactivo que nos puede servir para alguna prueba. Otro elemento que nos puede ser de utilidad (con este se pueden hacer algunas pruebas mas que con las mechas) esta en los detectores de humo, estos tienen una plaquita de americio, que es un gran emisor de partículas alfa.

También podemos conseguir minerales en estado bruto que tienen las propiedades, por ejemplo la pechblenda, la tabernita, uraninnita, autunita, carnotita.

carnotitapechblendatobernitauraninita

Además de estos hay muchos otros minerales que tienen elementos radioactivos, si uno tiene la posibilidad de comprar un contador Geiger (Hoy en día son muy accesibles, he comprado en e-Bay, uno de origen ruso a  U$A 55, el de las fotos) entonces es mas fácil detectar estos minerales.

Geiger, cuadrante impresion fotográficamecha sol de noche

Otro elemento que nos puede resultar útil es algún viejo reloj que tenga la abuela, antes la pintura fosforescente estaba hecha con radio, entonces la aguja y el cuadrante del reloj de la abuela pueden tener, ver imagen en sección fotos (pruebas con elementos radioactivos) yo tengo el cuadrante de un instrumento del panel de un avión de la década del 50 que tiene la pintura con el bromuro de radio. 

radio2

Bueno, que podemos hacer con los elementos, no es mucho, lo más simple es repetir la experiencia de Becquerel, haciendo la historia aquella de que por casualidad dejo el producto (pechblenda) cerca de unas placas fotográficas y quedaron veladas. Se puede conseguir fácilmente un trozo de papel fotográfico, se lo coloca en un sobre oscuro y sobre el mismo se asienta el material que hayamos conseguido. Se deja un par de días y se revela. Ver fotos. Algo simple y bastante didáctico resulta ver la penetración de las distintas radiaciones , recordar que las radiaciones alfa son poco penetrantes y pueden se detenidas con una hoja de papel, las beta son mas penetrante van a pasar fácilmente el papel, pero no pueden pasar una hoja fina de aluminio y las gama solo son detenidas por una lámina de plomo. Entonces si al material que conseguimos lo apoyamos directamente sobre el papel fotográfico imprimimos las tres radiaciones, si al papel lo ponemos en un sobre y apoyamos el material arriba, tendremos las beta y las gama, y si al papel fotográfico lo envolvemos con papel aluminio solo pasaran las gama. Ojo que no todos los elementos radioactivos tienen la misma cantidad de radiaciones alfa beta y gama

Hay un lindo experimento que no voy a describir, pero daré el link para que si consiguen el americio lo realicen, es la construcción del espintaroscopio (Suena raro no?) ver en el siguiente link.

www.cientificosaficionados.com/TBO/espintaroscopio/espintaroscopio.htm