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F´ısica Nuclear Aplicada Escuela de F´ısica Universidad Pedag´ ogica y Tecnol´ ogica de Colombia–UPTC 21, Octubre, 2016

Determinaci´ on del Tiempo Muerto de un Contador Geiger-M¨ uller John F. Mateus1 1

Escuela de F´ısica, Universidad Pedag´ ogica y Tecnol´ ogica de Colombia–UPTC e-mail: [email protected] Abstract

Un contador GM es un tipo de detector de part´ıculas que mide la radiaci´on ionizante. Para esta pr´actica se tomar´an una serie de datos bas´andonos en el voltaje de trabajo que hemos encontrado en laboratorios anteriores. Para obtener mejores mediciones se tomaran las cuentas a diferentes distancias, primero con una fuente de 60 Co y 60 Ba para hallar el tiempo muerto del contador. Key words: Contador, fuentes, tiempo muerto.

Contenido 1 Introducci´ on

2

2 Objetivos

2

3 Marco Te´ orico 3.1 Caracter´ısticas del 60 Co 3.1.1 Decaimiento . . . 3.1.2 Aplicaciones . . . 3.2 Caracter´ısticas del 60 Ba

. . . .

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2 3 3 3 3

4 Montaje, Datos y An´ alisis 4.1 Elementos a usar . . . . 4.2 Metodolog´ıa . . . . . . . 4.3 An´ alisis y Resultados . .

Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 3 4 5

5 Conclusiones

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Lab. No. 4 – P´ ag. 1

PhD. Segundo Agust´ın Mart´ınez

1

Introducci´ on

El tiempo muerto de un sistema de conteo esta definido como el tiempo m´ınimo que transcurre cuando se leen part´ıculas adyacentes y son reconocidas con dos pulsos por separado. En un detector exista la posibilidad de que un evento verdadero sea perdido por la ocurrencia r´ apida de dos eventos consecutivos, este tiempo muerto en algunos casos esta asociado al proceso de detecci´ on y en otros casos a los componentes electr´ onicos, estas p´erdidas pueden ser importantes para altas tasas de conteo por lo tanto es necesario incluir una correcci´ on en las tasas de conteo medidas. Debido a esto, algunos trabajos han sido desarrollados para proponer modelos que combinan el modelo paralizable y el no paralizable, otros se enfocan a definir procesos experimentales alternativos.

2

Objetivos ⋆ Determinar el tiempo muerto del contador Geiger-M¨ uller.

3

Marco Te´ orico

Cuando una part´ıcula β penetra en el tubo a trav´es de la ventana y pierde energ´ıa creando pares de iones, los electrones producidos en la avalancha resultante se recolectan en el anodo durante un corto periodo de tiempo. Sin embargo, los iones positivos son masivos y ´ se desplazan m´ as lentamente hacia el c´ atodo cil´ındrico durante un intervalo de tiempo ∆t en el que el contador GM “est´ a ocupad0”. Si durante este intervalo de tiempo otra part´ıcula β penetra en el tubo GM ´esta no ser´ a registrada. Este intervalo de tiempo se llama tiempo muerto del contador GM. El contador GM es un dispositivo lento. Cuando se usa para contar tasas superiores a 5000C/min es necesario realizar correcciones por tiempo muerto para obtener la tasa de cuentas verdadera.

Gr´ afica 1: Configuraci´ on tubo detector del contador GM.

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Laboratorio de F´ısica Nuclear

3.1

Caracter´ısticas del

3.1.1

60

Co

Decaimiento

La probabilidad de que la poblaci´ on del nivel de energ´ıa medio 2,1MeV por la desintegraci´ on es de 0,0022%, con una energ´ıa m´ axima de 665,26keV. Transferencias de energ´ıa entre los tres niveles generan 6 frecuencias de rayos gamma diferentes. 3.1.2

Aplicaciones

La energ´ıa de desintegraci´ on es baja y facilmente blindada, sin embargo, las l´ıneas de emisi´ on de rayos gamma tienen energ´ıas alrededor de 1.3MeV siendo muy penetrantes. Los principales usos del 60 Co son: Como un trazador para el Cobalto en las reacciones qu´ımicas. La esterilizaci´ on de equipos m´edicos. Fuente de radiaci´ on para la radioterapia m´edica. Fuente de radiaci´ on para la radiograf´ıa industrial. Fuente de radiaci´ on para los dispositivos de nivelaci´ on y mediciones de espesor. Fuente de radiaci´ on para la esterilizaci´ on de insectos plaga. Fuente de radiaci´ on para la irradiaci´ on de alimentos y sangre. Fuente de radiaci´ on para uso en el laboratorio.

3.2

Caracter´ısticas del

60

Ba

Este es un radiois´ otopo inestable que tiene una vida media de aproximadamente 10,51 a˜ nos. Su principal uso es eliminar trazas de gases de tubos de alto vac´ıo.

4

Montaje, Datos y An´ alisis Experimental

4.1

Elementos a usar

1. Contador GM tipo End-Window. 2. Conjunto de fuentes de

60 Co

y

60 Ba.

3. Soporte para contador GM. 4. Bandeja para los radiois´ otopos.

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PhD. Segundo Agust´ın Mart´ınez

4.2

Metodolog´ıa

1. Se dispone de dos fuentes de actividades similares. 2. Encender el detector, dejamos que caliente (approx. 20 minutos). 3. Se coloca el indicador o perilla en el respectivo voltaje de trabajo y se mide la radiaci´ on de fondo, lo que indica que ninguna fuente radiactiva debe estar en el tubo detector. 4. Se sit´ ua la fuente de 60 Cofrente a la ventana del detector, como se muestra en la figura 2, a distancias de 1,5 cm, 4,0 cm y 4,5 cm, y se realiza el conteo durante un intervalo de tiempo de 1 minuto.

Gr´ afica 2: Montaje experimental para medir el tiempo muerto para el

60 Co.

5. Se ubica ahora la fuente de 60 Basin desplazar la fuente de 60 Co, como se muestra en la figura 3 y se realizan los conteos tomando el mismo periodo de tiempo.

Gr´ afica 3: Montaje experimental para medir el tiempo muerto para el

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60 Bay

el

60 Co.

Lab. No. 4 – P´ ag. 4

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6. Se retira la fuente de se realiza el conteo.

60 Codejando

la fuente de

60 Ba,

como se observa en la figura 4 y

Gr´ afica 4: Montaje experimental para medir el tiempo muerto para el

60 Ba.

7. Considerando la expresi´ on simplificada para el c´ alculo de tiempo muerto τ : s " # g1 + g2 − g12 1 − g12 (g1 + g2 + g12 ) 1 , τ= 1− ≈ g12 g1 g2 2g12

(1)

donde g es el n´ umero de tasa: g1′ , τ ′ g g2 = 2 , τ ′ g12 g12 = . τ g1 =

De esta manera, la Ec. (1) se puede escribir como sigue: τ=

g12 + F − g1 − g2 2 ,, g12 + g22 − F 2 − g12

(2)

donde F es la radiaci´ on de fondo.

4.3

An´ alisis y Resultados

Las tabla 1 muestra los datos de conteo teniendo en cuenta un voltaje de trabajo de 730 V. La radiaci´ on de fondo F registrada fue de 54 C/min. Teniendo en cuenta la Ec. (2), para

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60 Co

Distancia (cm)

Conteo 1

Conteo 2

Conteo 1

Media

1,5

1169

1146

1153

1156

4,0

356

345

351

350,66

4,5

301

302

306

303

60 Ba

1,5

724

673

696

697,66

4,0

239

225

212

225,33

4,5

143

149

143

146,66

60 Co– 60 Ba

1,5

2079

2139

2129

2115,66

4,0

514

556

541

537

4,5

420

414

395

409,66

Tabla 1: Conteos registrados por el contador GM. una distancia de 1,5 cm, el tiempo muerto τ ser´ a: τ=

2115, 66 + 54 − 1156 − 697, 66 = 1, 18 × 10−4 min . 11562 + 225, 332 − 542 − 2115, 662

(3)

As´ı mismo, para las distancias restantes se calcula τ . Los valores calculados se registran en la tabla 2. Distancia (cm)

τ × 10−4 (min)

1,5

1,8

4,0

2,3

4,5

2,2

Tabla 2: Tiempo muerto τ para el contador GM a diferentes distancias del detector.

5

Conclusiones ⋆ El valor de τ es aproximadamente el mismo para cada distancia tomada, esto es, τ no depende de la distancia de la fuente al detector.

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⋆ τ es similar para fuentes con actividades similares.

References [1] Leo W. R., Techniques for Nuclear and Particle Physics, Springer-Verlag, Berlin, Heidelber, New York, 1994. [2] Krane S. Kenneth, Introductory Nuclear Physics, John Wiley and Sons, Inc., U. S. A., 1988. [3] Lilley J. S., Nuclear Physics, Principles and Applications, John Wiley and Sons, Inc., U. S. A., 2006.

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