An Aná álisis por reacciones nucleares (NRA)
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<strong>An</strong>álisis <strong>por</strong> <strong>reacciones</strong> <strong>nucleares</strong>(<strong>NRA</strong>)Javier MirandaInstituto de FísicaUniversidad Nacional Autónoma de MéxicoEscuela de Verano en Física 2001
Contenido• Tipos de análisis• Principios físicos• Instrumentación básica• Aplicaciones
Tipos de análisis• Reacción que produce núcleos cuyaradiactividad se mide posteriormente:<strong>An</strong>álisis <strong>por</strong> activación• Reacción cuya radiactividad se mide demanera inmediata
Tipos de <strong>reacciones</strong> <strong>nucleares</strong>• Una partícula cargada se dispersa elásticamentedebido al núcleo cargado, como en RBS odispersión nuclear elástica• Las partículas excitan el núcleo, llevándolo a unestado de mayor energía, de manera que el núcleose desexcita <strong>por</strong> medio de la emisión de un fotón g• Se produce un núcleo distinto durante lainteracción
Cantidades conservadas en<strong>reacciones</strong> <strong>nucleares</strong>• Conservación de los nucleones (A)• Conservación de la carga (Z)• Conservación de la masaenergía (E)• Conservación del momento (P)
Principios físicos fa + bReactantesc + dProductosZa+Zb=Zc+ZdAa+Ab=Ac+Ad
Diferencia en masa en unareacción n nuclearX+a®Y+b±QQ=2( M + M ) c - ( M + M ) cX aY b2Q < 0 : Reacción endoérgicaQ > 0 : Reacción exoérgica
Reacción n nuclearAXZA + 1ZX X+ 1Z 1A - 3 A - 3X- ZggProtónga g ggb
Variantes en <strong>NRA</strong>• Se estudia la energía del producto de lareacción– Útil cuando la sección eficaz de la reacción esuna función suave de la energía del ion• Se mide la intensidad de las emisiones– Hay “picos” en la sección eficaz de la reaccióncomo función de la energía del ion (resonancia)
Dispositivoexperimentalpara <strong>NRA</strong>
Sección n eficaz para una reacciónnuclear1008012C(d, p) 13 Cq = 165°60s (b)40200500 1000 1500 2000 2500 3000Energía del Ion (MeV)
Espectro de <strong>NRA</strong> para unapelículade Co 3 O 48 0 01 2C ( d ,p 0) 1 3 C1 6O ( d ,p 1) 1 7 O1 6O ( d ,a 0) 1 4 N4 0 01 6O ( d ,p 0) 1 7 O01 6 0 0 2 4 0 0 3 2 0 0
Sección n eficaz para resonancias ( a , b ) s ( )G= abcG· s c (a) es la sección eficaz para la formacióndel núcleo compuesto· G b /G es la probabilidiad relativa de laemisión b
Sección n eficaz para resonancias ( a , b )=l24 pG G( ) ( )2GE - E +2Rab2• l es la longitud de onda de De Brogliedel ion incidente• E es su energía de incidencia• E R es la energía a la cual ocurre laresonancia.
Curvas de excitaciónHaz de ionesDetectorq ixN ( E )g0=0¥ò òE00C ( x ) s ( E ) W ( E ; E , x ) dEdx0
Curvas de excitaciónN ( E )g0=0¥ò òE00C ( x ) s ( E ) W ( E ; E , x ) dEdx0• C: Concentración del isótopo• s : Sección eficaz a la energía E• W: Probabilidad de que el ion lleve laenergía E a la profundidad x, dada laenergía de incidencia E 0
Dispositivo experimentalMuestraDetectorAceleradorImán<strong>An</strong>alizadorContadorMaestroAContadorEsclavo<strong>An</strong>alizadorMonocanal
<strong>An</strong>alizador monocanal<strong>An</strong>cho de ventanaLínea de baseDEE
Dispositivo semiautomáticoticoImán analizadorMuestraDetectorAceleradorSonda HallComputadora 2Contadoresclavo<strong>An</strong>alizadormonocanalCompuertaAComputadora 1ContadorMaestro
Detector de centelleoRadiaciónLuzCentellador Fotomultiplicador Electrónica
Adquisición de curvas deexcitación
Curva de excitación 19 F(p, ag) 1616O340 keV598 keV668 keV484 keV
19 19 F(p, ag) 16 16 OCurva deexcitación n parauna películacon 19 F
Curva de excitación n para unapelículade CaF 2
19 19 F(p, ag) 16 16 OCurva deexcitación n paraun sistemamulticapas con19 F
R eacción E p (k eV )7 L i (p, g ) 8 B e 441.49 B e(p, g ) 10 B 31911 B (p, g ) 12 C 163Resonancias(p, g) ) de usocomún n paraenergíasmenores que1 MeV12 C (p, g ) 13 N 45713 C (p, g ) 14 N 55114 N (p, g ) 15 O 27815 N (p, a g ) 12 C 42918 O (p, g ) 19 F 63019 F(p, a g ) 16 O224.0340.5483.6594668832872.190293523 N a(p, g ) 24 M g 30927 A l(p, g ) 28 Si63299230 Si(p, g ) 31 P 620
Calibración n de la energía a en unacelerador electrostáticoticoBq, mqRE c2 2 2q B RE c=2 m
Calibración n de la energía a en unacelerador electrostáticotico2e(B ) =- 4- 6 2( 8 . 02 ´ 10 ± 7 . 4 ´ 10 ) B -(13 ± 5 )
Ventajas de <strong>NRA</strong>• Permite analizar elementos ligeros• Mejora la sensibilidad para algunos deestos elementos• Puede dar información en profundidad• Es muy útil para calibrar la energía enlos aceleradores
Desventajas de <strong>NRA</strong>• Se requieren iones específicos• Sólo funciona con isótopos seleccionados• Las secciones eficaces son menores que enotros métodos• La información en profundidad seempobrece <strong>por</strong> las fluctuaciones de energía