COMO HACER UN SENSOR DE PARTICULAR ALFA(Fisica nuclear)
ESTRUCTURA NUCLEAR
El núcleo de un átomo se compone de protones y neutrones cuyas masas son, respectivamente,
mp=1.673 × 10 ^-27 kg
mn=1.675 × 10 ^-27 kg
El protón tiene una carga +e y el neutrón no tiene carga. El número atómico de un elemento es el número de protones que contiene el núcleo de uno de sus átomos. Los protones y los neutrones reciben el nombre genérico de nucleones.
A pesar de que todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones en sus núcleos, el número de neutrones puede ser diferente. A cada variedad de núcleo que se encuentra en determinado elemento se le da el nombre de isótopo del elemento. Los símbolos que se usan para representar los isótopos son de la forma
donde
X = símbolo del elemento
Z = número atómico del elemento = número de protones en el núcleo
A = número másico del isótopo = número de protones + neutrones en el núcleo
ENERGÍA DE LIGADURA
La masa de un átomo siempre es menor que la suma de las masas de los neutrones, protones y electrones de que está compuesto. La energía equivalente a la masa faltante se conoce como la energía de ligadura del núcleo; entre mayor sea la energía de ligadura, más estable será el núcleo. La diferencia de masa de un núcleo con Z protones y N neutrones puede determinarse a partir de su masa atómica m por medio de la fórmula
donde mn, la masa del átomo de hidrógeno (que consta de un protón y un electrón), es:
Con el fin de calcular la energía de ligadura en megaelectrón-volts, que es la unidad usual, puede multiplicarse Δm por el factor de conversión 931 MeV/u.
FUERZAS FUNDAMENTALES
La fuerza entre los nucleones que mantiene al núcleo atómico unido a pesar de las fuerzas eléctricas de repulsión que los protones ejercen entre sí, es el resultado de lo que se conoce como la interacción fuerte. Esta es una interacción fundamental en el mismo sentido en que lo son las interacciones gravitacional y electromagnética: ninguna puede ser explicada en términos de cualquiera de las otras. La interacción fuerte sólo posee corto alcance, a diferencia de las interacciones gravitacional y electromagnética, y sólo es efectiva dentro de los núcleos.
Existe otra interacción que tiene que ver con los núcleos y se llama interacción débil, la cual es responsable de la desintegración beta. Evidencia reciente indica que las interacciones débil y electromagnética están estrechamente relacionadas.
REACCIONES NUCLEARES
Los núcleos pueden transformarse en otros de diferente clase por medio de la interacción entre ellos. Puesto que los núcleos están cargados positivamente, necesita producirse un choque de alta energía entre los dos núcleos si han de acercarse lo suficiente como para reaccionar. Debido a que no posee carga, un neutrón puede iniciar una reacción nuclear a pesar de que su desplazamiento sea lento. En cualquier reacción nuclear, el número total de neutrones y el número total de protones en los productos debe ser igual al número total correspondiente en los núcleos que reaccionan.
FISIÓN Y FUSIÓN
Los núcleos de tamaño intermedio poseen las energías de ligadura más altas por nucleón y de ahí que sean más estables que los núcleos más ligeros y los más pesados. Si un núcleo pesado se divide en dos más ligeros, la mayor energía de ligadura de éstos significa que se liberará energía. A este proceso se le conoce como fisión nuclear. Algunos núcleos muy grandes, como el uranio sufren fisión cuando absorben un neutrón. Ya que los productos de la fisión incluyen varios neutrones así como dos núcleos hijos, puede establecerse una reacción en cadena en un arreglo de algún isótopo fisionable adecuado. Si no se controla, el resultado es una bomba atómica. Si se controla de manera que la tasa de ocurrencia de la fisión sea constante, el resultado es un reactor nuclear que puede servir como una fuente de energía para generar electricidad o en la propulsión de barcos.
En la fusión nuclear se combinan dos núcleos ligeros para dar lugar a uno más pesado, cuya energía de enlace por nucleón es mayor. La diferencia en las energías de enlace se libera durante el proceso. Con el objeto de realizar una reacción de fusión, los núcleos iniciales deben desplazarse en forma rápida cuando chocan para poder vencer su repulsión eléctrica. La fusión nuclear es la fuente de energía del sol y las estrellas, donde las temperaturas altas en su interior significan que los núcleos ahí tienen velocidades altas en grado suficiente, y las presiones altas significan que se producen con frecuencia choques nucleares. En el funcionamiento de una bomba de hidrógeno, primero se detona una bomba de fisión para producir la temperatura y la presión altas necesarias para que se den las reacciones de fusión. El problema en la construcción de un reactor de fusión destinado a la producción controlada de energía consiste en contener una mezcla suficientemente densa y caliente de isótopos adecuados durante un tiempo que permita producir una energía útil neta.
RADIOACTIVIDAD
Ciertos núcleos son inestables y sufren desintegración radiactiva y se transforman en otros más estables. En la figura aparecen los cinco tipos de desintegración radiactiva.
VIDA MEDIA
Un núcleo que está sujeto a desintegración radiactiva siempre posee una determinada probabilidad definida de desintegración durante un cierto intervalo de tiempo. La vida media de un isótopo radiactivo es el tiempo que se requiere para que la mitad de cualquier cantidad inicial se desintegre. Si un isótopo tiene una vida media de, dígase 5 h y se empieza con 100 g de ese isótopo, después de 5 h quedarán 50 g sin desintegrar; después de 10 h quedarán 25 g sin desintegrar; a las 15 h se tendrá 12.5 g sin desintegrar; y así sucesivamente.
DESCRICIÓN DEL ARTEFACTO
Cuando una fuerza ionizante tales como los rayos x, partículas alfa o gamma etc. viaja a través del espacio tiempo y choca en una nube de gas, las colisiones que ocurren en el contacto se producen partículas cargadas, pares de iones y electrones libres. Si en el ambiente de las colisiones existen campos eléctricos las partículas cargadas tomaran aceleración dirigiéndose al conductor con su polaridad opuesta.
CÁMARA DE IONIZACIÓN
El propósito de la recamara es la ionización del gas que sera sometido a energías ionizantes, en ella se utiliza una fuerza electromotriz para que las moléculas de gas aceleren sus electrones y la sensibilidad sea mucho mayor.
Construcción sensor para partículas alfa
A continuación presentamos un sensor básico para la detección de partículas alfa completamente de componentes reciclados cuida el planeta, este es el mas adecuado para detectar radioactividad alfa ya que la recamara de ionización es de vacío por lo tanto las partículas lograran penetrar y el detector sera capaz de medir las fuerzas ionizantes.
Lista de componentes
R4 de 4.7kΩ protección para el OAMP contro corto circuito.
R3 de valor 4.3MΩ para calibrar la sensibilidad.
R1 sera variable de 500Ω para ajustar la amplificación.
R2 de 1kΩ.
D1 para enviar valores positivos al indicador analogico.
Observacion: utilice una jaula de faraday en la sonda que conecta al sensor.
Explicación
El circuito puede funcionar con una fuerza electromotriz de 5 V, R4 se utiliza para proteger de corto circuito la entrada no inversora del amplificador que se encuentra rodeado de la recamara cargada positivamente.
Cuando la radioactividad actúa en la recamara el aire que se encuentra ionizado reacciona creando un diferencial de potencial entre la entrada no inversora y la recamara.
Tenga en cuanta que es necesario utilizar una jaula de faraday en el cable que conecta al sensor.
Alerta tomar medidas de precaución con la continuación del dispositivo alfa
El dispositivo funciona perfectamente bien pero hace falta un pequeño segmento para perfeccionarlo, ahora es necesario aplicar altas tensiones de fuerza electromotriz para que el dispositivo sea mas estable.
A continuación circuito para obtener tensiones altas a partir de tenciones bajas:
No entraremos en detalle del circuito pero aquí una tienes una explicación:
Cuando un transformador se utiliza de manera inversa se obtiene tensiones elevadas, por ejemplo los transformadores del hogar donde la bobina primaria es sometida a la corriente alterna a 120v y su voltaje es reducido en la segunda bobina a 5v, ahora si lo utilizamos inverso al aplicarle 5v en la bobina secundaria en la primara obtendremos 120v.
Materiales para crear el acelerador de electrones
TR1 es un transformador y se usara de manera inversa.
Q1 es un transistor npn.
D1 rectificara la salida del transformador polarizando a positivo.
C1 condensador cerámico sin polarización de 2000v recomendable usar de carga rápida.
Explicación del funcionamiento del inversor:
Al tener el circuito completo lo único que se debe de tomar en cuenta es la frecuencia aplicada sobre la base del transistor es necesario realizar pruebas con distintos transformadores hasta lograr una optima solución.
Unificar el acelerador de electrones con el sensor de particulas alfa
Finalmente se unificara el inversor con el sensor para obtener el siguiente circuito:
El núcleo de un átomo se compone de protones y neutrones cuyas masas son, respectivamente,
mp=1.673 × 10 ^-27 kg
mn=1.675 × 10 ^-27 kg
El protón tiene una carga +e y el neutrón no tiene carga. El número atómico de un elemento es el número de protones que contiene el núcleo de uno de sus átomos. Los protones y los neutrones reciben el nombre genérico de nucleones.
A pesar de que todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones en sus núcleos, el número de neutrones puede ser diferente. A cada variedad de núcleo que se encuentra en determinado elemento se le da el nombre de isótopo del elemento. Los símbolos que se usan para representar los isótopos son de la forma
X = símbolo del elemento
Z = número atómico del elemento = número de protones en el núcleo
A = número másico del isótopo = número de protones + neutrones en el núcleo
ENERGÍA DE LIGADURA
La masa de un átomo siempre es menor que la suma de las masas de los neutrones, protones y electrones de que está compuesto. La energía equivalente a la masa faltante se conoce como la energía de ligadura del núcleo; entre mayor sea la energía de ligadura, más estable será el núcleo. La diferencia de masa de un núcleo con Z protones y N neutrones puede determinarse a partir de su masa atómica m por medio de la fórmula
FUERZAS FUNDAMENTALES
La fuerza entre los nucleones que mantiene al núcleo atómico unido a pesar de las fuerzas eléctricas de repulsión que los protones ejercen entre sí, es el resultado de lo que se conoce como la interacción fuerte. Esta es una interacción fundamental en el mismo sentido en que lo son las interacciones gravitacional y electromagnética: ninguna puede ser explicada en términos de cualquiera de las otras. La interacción fuerte sólo posee corto alcance, a diferencia de las interacciones gravitacional y electromagnética, y sólo es efectiva dentro de los núcleos.
Existe otra interacción que tiene que ver con los núcleos y se llama interacción débil, la cual es responsable de la desintegración beta. Evidencia reciente indica que las interacciones débil y electromagnética están estrechamente relacionadas.
REACCIONES NUCLEARES
Los núcleos pueden transformarse en otros de diferente clase por medio de la interacción entre ellos. Puesto que los núcleos están cargados positivamente, necesita producirse un choque de alta energía entre los dos núcleos si han de acercarse lo suficiente como para reaccionar. Debido a que no posee carga, un neutrón puede iniciar una reacción nuclear a pesar de que su desplazamiento sea lento. En cualquier reacción nuclear, el número total de neutrones y el número total de protones en los productos debe ser igual al número total correspondiente en los núcleos que reaccionan.
FISIÓN Y FUSIÓN
Los núcleos de tamaño intermedio poseen las energías de ligadura más altas por nucleón y de ahí que sean más estables que los núcleos más ligeros y los más pesados. Si un núcleo pesado se divide en dos más ligeros, la mayor energía de ligadura de éstos significa que se liberará energía. A este proceso se le conoce como fisión nuclear. Algunos núcleos muy grandes, como el uranio sufren fisión cuando absorben un neutrón. Ya que los productos de la fisión incluyen varios neutrones así como dos núcleos hijos, puede establecerse una reacción en cadena en un arreglo de algún isótopo fisionable adecuado. Si no se controla, el resultado es una bomba atómica. Si se controla de manera que la tasa de ocurrencia de la fisión sea constante, el resultado es un reactor nuclear que puede servir como una fuente de energía para generar electricidad o en la propulsión de barcos.
En la fusión nuclear se combinan dos núcleos ligeros para dar lugar a uno más pesado, cuya energía de enlace por nucleón es mayor. La diferencia en las energías de enlace se libera durante el proceso. Con el objeto de realizar una reacción de fusión, los núcleos iniciales deben desplazarse en forma rápida cuando chocan para poder vencer su repulsión eléctrica. La fusión nuclear es la fuente de energía del sol y las estrellas, donde las temperaturas altas en su interior significan que los núcleos ahí tienen velocidades altas en grado suficiente, y las presiones altas significan que se producen con frecuencia choques nucleares. En el funcionamiento de una bomba de hidrógeno, primero se detona una bomba de fisión para producir la temperatura y la presión altas necesarias para que se den las reacciones de fusión. El problema en la construcción de un reactor de fusión destinado a la producción controlada de energía consiste en contener una mezcla suficientemente densa y caliente de isótopos adecuados durante un tiempo que permita producir una energía útil neta.
RADIOACTIVIDAD
Ciertos núcleos son inestables y sufren desintegración radiactiva y se transforman en otros más estables. En la figura aparecen los cinco tipos de desintegración radiactiva.
VIDA MEDIA
Un núcleo que está sujeto a desintegración radiactiva siempre posee una determinada probabilidad definida de desintegración durante un cierto intervalo de tiempo. La vida media de un isótopo radiactivo es el tiempo que se requiere para que la mitad de cualquier cantidad inicial se desintegre. Si un isótopo tiene una vida media de, dígase 5 h y se empieza con 100 g de ese isótopo, después de 5 h quedarán 50 g sin desintegrar; después de 10 h quedarán 25 g sin desintegrar; a las 15 h se tendrá 12.5 g sin desintegrar; y así sucesivamente.
DESCRICIÓN DEL ARTEFACTO
Cuando una fuerza ionizante tales como los rayos x, partículas alfa o gamma etc. viaja a través del espacio tiempo y choca en una nube de gas, las colisiones que ocurren en el contacto se producen partículas cargadas, pares de iones y electrones libres. Si en el ambiente de las colisiones existen campos eléctricos las partículas cargadas tomaran aceleración dirigiéndose al conductor con su polaridad opuesta.
CÁMARA DE IONIZACIÓN
El propósito de la recamara es la ionización del gas que sera sometido a energías ionizantes, en ella se utiliza una fuerza electromotriz para que las moléculas de gas aceleren sus electrones y la sensibilidad sea mucho mayor.
Construcción sensor para partículas alfa
A continuación presentamos un sensor básico para la detección de partículas alfa completamente de componentes reciclados cuida el planeta, este es el mas adecuado para detectar radioactividad alfa ya que la recamara de ionización es de vacío por lo tanto las partículas lograran penetrar y el detector sera capaz de medir las fuerzas ionizantes.
Lista de componentes
R4 de 4.7kΩ protección para el OAMP contro corto circuito.
R3 de valor 4.3MΩ para calibrar la sensibilidad.
R1 sera variable de 500Ω para ajustar la amplificación.
R2 de 1kΩ.
D1 para enviar valores positivos al indicador analogico.
Explicación
El circuito puede funcionar con una fuerza electromotriz de 5 V, R4 se utiliza para proteger de corto circuito la entrada no inversora del amplificador que se encuentra rodeado de la recamara cargada positivamente.
Cuando la radioactividad actúa en la recamara el aire que se encuentra ionizado reacciona creando un diferencial de potencial entre la entrada no inversora y la recamara.
Tenga en cuanta que es necesario utilizar una jaula de faraday en el cable que conecta al sensor.
Alerta tomar medidas de precaución con la continuación del dispositivo alfa
El dispositivo funciona perfectamente bien pero hace falta un pequeño segmento para perfeccionarlo, ahora es necesario aplicar altas tensiones de fuerza electromotriz para que el dispositivo sea mas estable.
A continuación circuito para obtener tensiones altas a partir de tenciones bajas:
Cuando un transformador se utiliza de manera inversa se obtiene tensiones elevadas, por ejemplo los transformadores del hogar donde la bobina primaria es sometida a la corriente alterna a 120v y su voltaje es reducido en la segunda bobina a 5v, ahora si lo utilizamos inverso al aplicarle 5v en la bobina secundaria en la primara obtendremos 120v.
Materiales para crear el acelerador de electrones
TR1 es un transformador y se usara de manera inversa.
Q1 es un transistor npn.
D1 rectificara la salida del transformador polarizando a positivo.
C1 condensador cerámico sin polarización de 2000v recomendable usar de carga rápida.
Explicación del funcionamiento del inversor:
Al tener el circuito completo lo único que se debe de tomar en cuenta es la frecuencia aplicada sobre la base del transistor es necesario realizar pruebas con distintos transformadores hasta lograr una optima solución.
Unificar el acelerador de electrones con el sensor de particulas alfa
Finalmente se unificara el inversor con el sensor para obtener el siguiente circuito:
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