RADIACIÓN Y SUS EFECTOS EN LOS MATERIALES
Enviado por tomas • 7 de Enero de 2019 • 6.042 Palabras (25 Páginas) • 392 Visitas
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[pic 3]
Fig. 1. Una partícula cargada peentra en la materia. Se pierde energía mediante la transferencia de una pequeña cantidad de la misma en la interacción con un gran número de electrones. Algunos de estos electrones tienem energía sufiiente para recorrer una distancia macroscópica, y también pueden causar ionización en su trayectoria.
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La pérdida de energía por ionización de una partícula cargada se expresa mediante la fórmula de Bethe-Bloch.
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Donde: [pic 5]
Para todas las partículas cargadas, la pérdida de energía disminuye al aumentar la energía y finalmente alcanza un valor constante.
[pic 6]
Fig. 2. Energía perdida en el aire frente a la energía cinética para algunas partículas cargadas.
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Para partículas alfa la velocidad es por lo general mucho menor que la velocidad de la luz en el vacío, y la pérdida de energía es mucho mayor. Sin embargo, la ecuacion de Beth-Bloch sólo es válida si la velocidad de la partícula es mucho mayor que la velocidad de los electronesen los átomos, velocidad que es aproximadamente del orden del 1% de la velocidad de la luz . Para velocidades que son pequeñas en comparación con las velocidades de los electrones en los átomos, aumenta la pérdiad de energía con la energia de la partícula incidente y alcanza un máximo cuando la velocidad de las partpiculas es igual a la velociadad típica de los electrones en los átomos. Despues de este máximo, la pérdida disminuye de acuerdo con la ecuacion de Bethe-Bloch.[pic 7]
La distancia recorrida por las partículas se conoce como el rango. como la partícula penetra en el medio, su pérdida de energía por unidad de longitud cambiará. Cerca del final alcanza un máximo y cae bruscamente a cero. Este máximo de la pérdida de enrgía de partículas cargadas cerca del final de su rango se conoce como “pico de Bragg”.[pic 8]
Fig. 3. Energía perdida de un protón de 300 MeV a lo largo de su trayectoria en el agua. La pérdida de energía aumenta hacia el final.
- Dispersión Múltiple.
Las colisiones de partículas cargadas con los núcleos harán que la partícula cambie de direccion.
La difusión con los núcleos puede introducir cambios importantes en la trayectoria de la partícula incidente.
La formula de Rutherford es:
[pic 9]
Válida para partículas de espin cero, en el caso de partículas de espin ½, la seccion eficaz viene dada por la formula de Mott.
[pic 10]
Se puede notar que la probabilidad de difusión es mayor para ángulos pequeños.
La difusion culombiana es un fenómeno estadístico. Para pequeños ángulo de desviación, este cambio en el ángulo es más o menos gaussiano y la media cuadrática (rms) en direccion a la desviacion de una particula que atraviesa un espesor de material L está dada por: [pic 11]
Esta magnitud caracteriza como las partículas cargadas o rayos gamma interactúan en el material. La expresión analítica sencilla para la longitud de radiación dada en la ecuación anterior es sólo una aproximación.
donde:
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[pic 13]
[pic 14]
Fig 2.8. Una partícula cargada que atraviesa una porción de materia cambiara de direccion debido a la dispersión múltiple en los núcleos atómicos.
Tabla 2.1. longitud de radiación para algunos materiales. (Tavernier, 2010)
Tenga en cuenta de que “Θ” representa el ángulo en el espacio. y el símbolo “” representa el ángulo proyectado sobre un plano que contiene la dirección de la partícula incidente. Estas dos cantidades están relacionadas por:[pic 15]
[pic 16]
Las partículas alfa o protones de unos pocos Mev de energía tienen un rango de penetración que sólo es una fracción muy pequeña de la longitud de radiación.
Los electrones, por otro lado, pueden penetrar a una profundidad significativa en el material, y los electrones por lo tanto serán fuertemente afectados por la dispersión múltiple.[pic 17]
Fig. 4. Trayectoria típica de un electron, un protón y una partícula alfa de 10 MeV en silicio. . La trayectoria de los electrones se dibuja en una escala 10 veces más pequeño que la trayectoria de la protón y la partícula alfa.
Como podemos notar los electrones pueden penetrar a una profundidad significativa en el material, y los electrones por lo tanto serán fuertemente afectados por la dispersión múltiple.
- Efecto Cherenkov.
Este es un efecto de la emisión de luz que se produce cada vez que una partícula cargada viaja más rápido que la velocidad de la luz en un determinado medio.
La velocidad de la luz es c/n (medio con índice de refracción n) .Los valores típicos para el índice de refracción en liquidos o sólidos son de alrededor 1.5, y la velocidad de la luz en estos materiales es de aprox. 0.66c.
Una partícula cargada genera a su alrededor una serie de dipolos inducidos y polariza el medio. Después que la partícula ha pasado, el medio vuelve a su estado original, no polarizado.
[pic 18]
Este cambio de condición de polarización en el medio representa una perturbación electromagnética que se propaga en el espacio a la velocidad de la luz.
El lado izquierdo de la figura 2.10 muestra el caso en que la partícula se desplaza a una velocidad inferior a la velocidad de la luz en el medio. Las pequeñas perturbaciones electromagnéticas causadas por la polarización y despolarización del medio se propagan más rápidamente que las partículas.
El lado derecho de la figura 5 muestra el caso en el que
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