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Questions and Answers

¿Cómo se calibra un espectrómetro en la práctica de espectroscopía gamma?

Se calibra utilizando fuentes patrón que proporcionan picos de energía conocidos.

¿Qué se entiende por resolución energética en el fotopico del $^{137}Cs$?

La resolución energética se refiere a la capacidad del detector para diferenciar entre dos picos de energía cercanos.

¿Cuál es el papel del cristal de CZT en el detector semiconductor en espectroscopía gamma?

El cristal de CZT convierte la radiación gamma en portadores de carga que generan impulsos eléctricos.

¿Qué son las series radiactivas naturales en el contexto de la espectroscopía gamma?

Son secuencias de descomposición radiactiva de isotopos que producen emisiones gamma en distintas etapas. Signup and view all the answers

¿Qué función cumple el contador multicanal en el proceso de espectroscopía gamma?

El contador multicanal registra e identifica los impulsos eléctricos según su amplitud y genera el espectro gamma. Signup and view all the answers

¿Por qué el germanio (Ge) requiere ser enfriado a 77 K para funcionar adecuadamente como detector de radiación?

El germanio necesita ser enfriado a 77 K para eliminar el ruido térmico que genera portadores de carga adicionales y, así, mejorar su eficiencia en la detección. Signup and view all the answers

¿Cuál es el parámetro importante que indica la eficiencia de un detector y qué representa?

El parámetro importante es el producto $ ext{µτ}$, que representa la distancia media que recorre un portador por cada $ ext{V/cm}$ de campo eléctrico. Signup and view all the answers

¿Qué problema ocurre en un cristal de CZT al aplicar una tensión de 1000 V entre sus electrodos?

Al aplicar 1000 V, los electrones alcanzan el ánodo, pero los huecos no lo hacen, lo que provoca que la amplitud del impulso dependa del sitio de producción de los portadores. Signup and view all the answers

¿Cómo influyen los altos números atómicos y densidades del Ge y el CZT en su eficiencia como detectores en comparación con el Si?

Los altos números atómicos y densidades del Ge y CZT les permiten detectar más fotones y ser más eficientes que el Si, que se utiliza solo para energías bajas. Signup and view all the answers

¿Qué es la 'vida media' en el contexto de los portadores de carga en materiales semiconductores como CZT, Si y Ge?

La 'vida media' se refiere al tiempo promedio que un portador de carga puede existir antes de ser atrapado por impurezas en el cristal. Signup and view all the answers

¿Cuál es el estado excitado del Neptunio $^{237}Np$ al que el Americio $^{241}Am$ emite un 84.4 % de energía?

Segundo estado excitado a 59 keV Signup and view all the answers

¿Qué detector se tiene que utilizar para medir los espectros de las fuentes?

Un detector de rayos gamma Signup and view all the answers

¿Qué ocurre con la energía de los fotones gamma en la pantalla del ordenador?

Mayor energía se encuentra a la derecha Signup and view all the answers

¿Qué software se usa para adquirir un espectro en la práctica?

Pspect Signup and view all the answers

¿Cuál es el propósito de cambiar la escala de ordenadas a logarítmica en Pspect?

Ver picos de muy diferente intensidad al mismo tiempo Signup and view all the answers

¿Cuál es la función del diseño especial de los electrodos en la detección de electrones?

Minimizar el impacto del movimiento de los huecos. Signup and view all the answers

¿Por qué el fotopico del $^{60}Co$ es más alto en 1.17 MeV que en 1.33 MeV?

Por la interacción fotoeléctrica que disminuye con energía. Signup and view all the answers

¿Cuál es la energía de los fotones gamma emitidos en la aniquilación del positrón del $^{22}Na$?

0.511 MeV y 1.28 MeV. Signup and view all the answers

¿Qué evento genera rayos X en el núcleo de $^{22}Na$?

Captura electrónica. Signup and view all the answers

¿Qué se puede observar en el espectro del $^{137}Cs$ con una rejilla coplanar en comparación con un electrodo plano?

El espectro es más claro y preciso. Signup and view all the answers

¿Qué representa la anchura relativa del fotopico en la resolución energética?

La relación entre la anchura medida en canales y el canal del pico Signup and view all the answers

¿Por qué los semiconductores tienen mejor resolución energética que los centelleadores?

Ellos producen un número más grande de electrones Signup and view all the answers

¿Qué tipo de emisión se produce al absorber fotones gamma en un material como plomo?

Emisión de rayos X característicos Signup and view all the answers

¿Qué elemento radiactivo lo medimos en la práctica 5?

40 K Signup and view all the answers

¿Cuál es el espesor utilizado de plomo en la configuración experimental?

1 mm Signup and view all the answers

¿Qué ocurre cuando se calibran los espectros con respecto a los fotopicos en el eje de abscisas?

Se identifican energías en vez de canales Signup and view all the answers

¿Qué picos de rayos X característicos se anotan para el Pb y Au?

74 keV y 68 keV Signup and view all the answers

¿Cómo se expresa la resolución energética?

Mediante la cantidad $rac{ ext{Γ}}{ ext{E}_0}$ en porcentaje Signup and view all the answers

¿Qué materiales se usaron en la disposición geométrica para la fluorescencia por rayos gamma?

Plomo y oro Signup and view all the answers

¿Cuáles son algunos de los elementos radiactivos naturales más abundantes?

232 Th, 238 U, 235 U, 40 K Signup and view all the answers

¿Cuál es una de las razones por las que el germanio (Ge) necesita ser enfriado a 77 K para su uso como detector?

Para eliminar el ruido térmico que genera portadores. Signup and view all the answers

¿Cuál es el parámetro que indica la eficiencia de un detector mencionada en la información?

El producto µτ. Signup and view all the answers

¿Qué ocurre con los huecos en un cristal de CZT cuando se aplica una tensión de 1000 V?

No logran alcanzar el ánodo adecuadamente. Signup and view all the answers

¿Qué característica de los materiales Ge y CZT los hace más eficientes en la detección de fotones que el Si?

Altos números atómicos y densidades. Signup and view all the answers

¿Qué sucede si los portadores generados no llegan a los electrodos en el detector semiconductor?

La energía de la radiación se altera en el espectro. Signup and view all the answers

Cuál es la principal función del analizador multicanal en espectroscopía gamma?

Producir el espectro a partir de la energía de los impulsos Signup and view all the answers

Qué sucede con los fotones que se producen al absorber radiación gamma en un detector de CZT?

Los fotones pueden escapar del detector después de la absorción Signup and view all the answers

Qué aspecto clave permite estimar la resolución energética en un espectro gamma?

La amplitud de los impulsos eléctricos generados Signup and view all the answers

Cuál es el efecto que causa que los electrones resultantes de un evento fotónico generen un impulso eléctrico en el detector?

El efecto fotoeléctrico y la producción de pares Signup and view all the answers

Qué factor puede influir negativamente en la calibración del espectrómetro si no se maneja correctamente?

La tensión aplicada al cristal de CZT Signup and view all the answers

¿Cuál es la función de la rejilla coplanar en el diseño de electrodos para la detección de electrones?

Eliminar la contribución de los huecos en la señal. Signup and view all the answers

¿Qué factor causa que el fotopico de 1.17 MeV en el Cobalto 60 sea más alto que el de 1.33 MeV?

La probabilidad de interacción fotoeléctrica decrece con la energía de los fotones. Signup and view all the answers

En la aniquilación de un positrón del 22Na, ¿qué energía corresponde a los fotones gamma emitidos?

511 keV y 1.28 MeV. Signup and view all the answers

¿Qué tipo de fotones emite principalmente la fuente de 22Na?

Fotones beta positivas y gamma. Signup and view all the answers

¿Qué sucede en el proceso de captura electrónica en el núcleo de 22Na?

Producción de rayos X debido a electrones internos. Signup and view all the answers

¿Cuál es el problema asociado a los huecos en los detectores nucleares?

Perturban la señal de electrones capturados. Signup and view all the answers

¿Cuál es la importancia de el diseño especial de los electrodos en el espectrómetro?

Asegura que solo los electrones influyan en la señal detectada. Signup and view all the answers

En el espectro del 137Cs, ¿qué característica permite la rejilla coplanar en lugar de un electrodo plano?

Proporciona una señal más clara y menos interferida. Signup and view all the answers

¿Qué posición ocupan los fotopicos en la recta de calibración del espectroscopio?

Representan las energías de los fotones emitidos por diferentes fuentes radiactivas. Signup and view all the answers

¿Qué observación se hace respecto al espectro al utilizar la fuente de 207Bi?

Se ven picos de rayos X como resultado de la captura electrónica. Signup and view all the answers

Study Notes

Calibración del Espectrómetro

Se utiliza un detector de CdZnTe (CZT) para medir espectros gamma.
El detector contiene un cristal de CZT, una fuente de alimentación de 1000 voltios, amplificadores, discriminadores y un contador multicanal.
El software Pspect se usa para visualizar los espectros.
La amplitud del impulso generado en el CZT es proporcional a la energía depositada en el cristal por la radiación gamma.
El analizador multicanal clasifica los impulsos por su amplitud en canales, creando un espectro.
Se usa una fuente patrón para calibrar el espectrómetro, creando una gráfica de energía vs. canal.
La calibración permite identificar la energía de los fotones gamma en muestras desconocidas.

Resolución Energética

La resolución energética se mide como la anchura del pico (Γ) a mitad de altura dividida por la energía del pico (E0), expresada como un porcentaje.
Un valor de resolución energética menor indica un pico más estrecho y mejor capacidad para distinguir entre energías cercanas.
Los semiconductores como el CZT tienen mejor resolución que los centelleadores debido a su menor GAP, que genera más electrones para el impulso.

Fluorescencia por Rayos Gamma

Se estudia la fluorescencia por rayos gamma usando materiales como Pb y Au entre la fuente y el detector.
La absorción de fotones gamma crea vacantes en capas internas del átomo, que luego se rellenan con electrones de capas superiores, emitiendo rayos X característicos.
El espectro obtenido muestra picos que corresponden a las energías de los rayos X emitidos.

Series Radiactivas Naturales

Se estudian las series radiactivas de 232Th, 238U y 235U.
Se utilizan muestras de pechblenda (mineral rico en uranio), lámina de uranio natural y 226Ra para observar los espectros.
Se identifica la energía de los picos del 226Ra y sus descendientes (214Pb, 214Bi, 214Po) en el rango de 100-800 keV.
Los picos de los descendientes se observan debido a sus vidas medias cortas, que llevan a un equilibrio en la actividad entre el padre y sus hijos.

Identificación de Muestras Desconocidas

Se analiza la radiactividad en objetos de uso común como detectores de humo, camisas de camping gas y lentes de objetivos para identificar elementos radiactivos.
Se utiliza un espectrómetro para obtener espectros de las muestras y comparar con espectros de fuentes conocidas.
El isótopo radiactivo del detector de humos es artificial y se ha medido en la práctica.
El elemento radiactivo en la camisa y el objetivo es el primero de una de las series radiactivas naturales estudiadas.

Calibración del espectrómetro con fuentes patrón

Se utilizan varias fuentes radiactivas que emiten partículas beta y gamma
Entre las fuentes se encuentran: 137Cs, 60Co, 22Na, 207Bi y 241Am
Cada fuente presenta diferentes espectros de energías gamma
Se puede determinar la energía de un fotón gamma a partir del valor del canal
Se obtiene una recta de calibración representando la energia en función del canal

Resolución energética en el fotopico del 137Cs

La resolución energética se mide por la anchura relativa del fotopico a altura mitad
La resolución energética se define como la cantidad Γ/E0
Γ es la anchura del pico medida en canales, E0 es el canal del pico
Los semiconductores tienen una mejor resolución que los centelleadores
La resolución energética se expresa como un porcentaje (%)

Fluorescencia por rayos gamma

La fluorescencia por rayos gamma sucede tras la absorción de fotones gamma
El efecto fotoelectrico produce una vacante en una capa interna del átomo
La vacante es rellenada por electrones de capas superiores emitiendo rayos X
Se puede observar un espectro de rayos X con picos característicos
Se puede usar plomo (Pb) u oro (Au) para observar la fluorescencia por rayos X

Series radiactivas naturales

Los elementos radiactivos más abundantes son: 232Th, 238U, 235U y 40K
Los elementos 232Th, 238U y 235U dan lugar a series o cadenas radiactivas
La composición isotópica natural del Uranio es 235U (aprox 0.7%) y 238U (aprox 99.3%)
El 235U es el menos abundante y tiene menor vida media
La actividad de un núcleo radiactivo se define como el número de desintegraciones por unidad de tiempo

Ruptura del equilibrio secular

La actividad es igual al producto del número de átomos radiactivos por la constante de desintegración
En el equilibrio secular, la actividad del núcleo padre es igual a la actividad de los núcleos hijos
Se puede obtener uranio puro separando quimicamente los elementos de la serie radiactiva del uranio
El espectro del mineral pechblenda contiene más picos que el de la fuente de uranio puro
Tras un tiempo suficiente el espectro de uranio puro será similar al de la pechblenda
La vida media del 226Ra es de unos 2000 años
Se necesitan alrededor de 5000 años para restaurar el equilibrio secular

Espectroscopía gamma con detector semiconductor CdZnTe

Se realiza una calibración del espectrómetro utilizando cuatro fuentes radiactivas (137Cs, 60Co, 22Na y 207Bi)
La fuente de 137Cs se utiliza para identificar el fotopico de 0.662 MeV.
La fuente de 60Co presenta un fotopico de 1.17 MeV más alto que el de 1.33 MeV, a pesar de que se producen en la misma cantidad.
La fuente de 22Na emite fotones de dos energías: 0.511 y 1.28 MeV, y en el espectro aparecen dos fotopicos.
La fuente de 207Bi está diseñada para presentar un pico de rayos X (debido a la captura electrónica) a la izquierda del todo, tan intenso que casi oculta el resto del espectro.
Se determinarla resolución energética del detector.
Se realizarán mediciones de fluorescencia de rayos X, utilizando oro (Au) y plomo (Pb).
Se estudiarán las series radiactivas naturales, centrándose en el 232Torio.
Se analizarán los espectros de pechblenda, uranio (U) y 226Ra superpuestos en distintos colores, comparando las energías de los picos.
Se identificarán los picos que no aparecen en las láminas de U y sí en el mineral y 226Ra.
Se analizará el espectro del objetivo superpuesto con el espectro de una sustancia del laboratorio que coincida con el objetivo. Se identificará el isótopo radiactivo en el detector de humos.

Espectroscopía gamma con CdZnTe

El detector de CdZnTe se utiliza para medir la energía de la radiación gamma.
La amplitud del impulso es proporcional a la energía entregada al detector.
La espectroscopía gamma se utiliza para la identificación de materiales radiactivos.
El CdZnTe es un material semiconductor que tiene un alto número atómico y densidad. Esto lo hace más eficiente que el silicio (Si) para detectar fotones.
Al ser un material semiconductor, se puede producir un impulso eléctrico.
El material CdZnTe es ideal para la espectroscopía gamma.
El material CdZnTe debe enfriarse a la temperatura del nitrógeno líquido (77 K) para eliminar el ruido térmico.
El CdZnTe es un material semiconductor que es sensible a la radiación gamma, lo que lo convierte en un detector ideal para aplicaciones de espectroscopía gamma.

Principios

El detector de CdZnTe funciona con una tensión de 1000 V que se aplica a través de dos electrodos situados en las caras opuestas del cristal.
El desplazamiento de los portadores en su trayecto a los electrodos produce una carga inducida en los mismos.
La carga inducida es proporcional a la energía de la radiación gamma.
Se utiliza la rejilla coplanar para eliminar la contribución de los huecos que es la que da problemas en la medida, mejorando las características del detector.
La rejilla coplanar es una construcción especial, con dos electrodos que se utilizan para recolectar los electrones y los huecos que son producidos por la radiación gamma.
Los electrones llegan al cátodo mucho más rápido que los huecos, y se utiliza la diferencia de señal entre los dos electrodos para obtener la señal final.
La capacidad µτ es muy importante para la eficiencia de los detectores gamma.
Cuanto mayor sea la capacidad µτ, mayor podrá ser la distancia recorrida por los portadores y mayor será la eficiencia del detector.
Los detectores de CdZnTe son muy sensibles a la radiación gamma, lo que los hace ideales para aplicaciones como la detección y análisis de radiación en entornos industriales, ambientales y de seguridad.

Aplicaciones de la Espectroscopía gamma

Los datos de los espectros registrados con el detector de CdZnTe se utilizan para identificar la energía de la radiación y cuantificar la cantidad de radiactividad presente en una determinada muestra.
El detector se puede utilizar para la identificación de materiales radiactivos.
Los detectores de CdZnTe se aplican en una gran variedad de aplicaciones, como la detección de radiación en instalaciones nucleares, el control de calidad en la industria alimentaria, la seguridad en los aeropuertos, y estudios de investigación científica.
Los detectores de CdZnTe son muy fiables y pueden ser utilizados en una amplia gama de entornos.
Los detectores de CdZnTe son muy económicos y fáciles de utilizar, lo que los hace adecuados para una variedad de aplicaciones.
Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones como espectroscopia gamma, imagenologia medica, espectroscopia de rayos X y seguridad nuclear, debido a su capacidad para medir la energía de la radiación gamma.

Conclusiones

La técnica de espectroscopía gamma es un método muy poderoso para la identificación y cuantificación de radioisótopos, es muy común en la investigación científica y aplicaciones industriales.
Los detectores de CdZnTe son herramientas muy versátiles para la detección de radiación gamma, son una de las opciones más populares en la espectroscopía gamma.
Los detectores de CdZnTe se han convertido en una herramienta esencial para una gran variedad de industrias y aplicaciones.

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Description

Este cuestionario explora la calibración de espectrómetros gamma usando un detector de CdZnTe. Se abordan conceptos como la resolución energética, la visualización de espectros mediante software y la importancia de la calibración para identificar energías de fotones gamma en muestras desconocidas.

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