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Detectando radiación gamma

Objetivos de la práctica

  • Comprender los procesos de radioactividad y las técnicas de detección de la radiación asociada, en particular los fotones
  • Familiarizarse con los sistemas de detección en física nuclear y su caracterización
  • Analizar los datos de espectroscopia de fotones, usando nociones elementales de estadística

Materiales y equipos

  • Fuente de poder y amplificación
  • Digitalizador de señales
  • Mini-espectrómetro
  • Porta-fuentes

  • Muestras radiactivas

  • Repositorio con los datos y jupyter notebooks: https://gitmilab.redclara.net/laconga/tareas-modulo-de-instrumentacion-2022

  • Material adicional (documentación):
    • Fuentes radioactivas: https://www.ld-didactic.de/software/524221es/Content/Appendix/RadioactiveSources.htm
    • M. Guigue y M. Ridel. Guía Physique Nucleaire. Sorbonne Université, Paris, Francia
    • Dr Moliner. Guía Laboratorio de Física Nuclear y de Partículas. IFIC, Valencia, España

Muestras disponibles en cada laboratorio:

Laboratorio Muestras
UIS Cs-137
UAN Co-60
UNMSM Cs-137, Co-60

Montaje experimental y toma de datos

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Figura 1. Diagrama del montaje experimental

A continuación se muestra un miniespectrometro compuesto por un fotomultiplicador de silicio de 16 mm\(^2\). Este se encarga de detectar la radiación de las fuentes nucleares, como cesio (Cs-137) y el cobalto (Co-60).

Etapas

Parte 0: Preparación

  • Revisitar el material (slides + videos) discutido durante la clase
  • Leer la guía 0 con los detalles para el acceso remoto a los laboratorios
  • Un jupyter notebook disponible con los datos de los espectros cargados que necesitarás para las partes 2,3,4 de la práctica
    • Conéctate a tu cuenta gitlab
    • Has un fork de este repositorio: https://gitmilab.redclara.net/laconga/tareas-modulo-de-instrumentacion-2022/practica-espectroscopia-fotones-2022/-/tree/main/
    • Clona el fork de tu repositorio en https://jupyter.redclara.net
  • Trabajaremos en grupos (de 3 personas)
  • Los horarios de conexión de cada grupo están disponibles en las slides discutidas durante la clase. Por favor respetar los horarios de conexión establecidos!
  • Apuntarnos a un solo notebook por grupo para la corrección!

El notebook es el reporte, y debe tener todas las secciones de un reporte de laboratorio

Parte 1: Detectando fotones

  • La muestra a usar será una de las muestras disponibles en cada laboratorio
  • El cristal centelleador seleccionado BGO se conectará al SiPM en el SP5607, a través de una fina capa de grasa para maximizar la captación de luz. Para evitar la saturación, la salida del SiPM se divide utilizando el divisor/splitter A315: una se conecta al DT5720A y se digitalizará. La otra será amplificada por el módulo SP5600, generando el trigger de la señal de integración o simplemente contando los pulsos inducidos por el rayo gamma detectado
  • Obtener el espectro
  • Describir el espectro: ¿qué vemos? ¿a qué corresponden esos picos?
  • Cargar los datos, histogramas y explicaciones en tu jupyter notebook

Parte 2: Calibración del detector

  • Para cada uno de los fotopicos de \(^6^0 Co\), has un fit Gausiano y determina el canal del centroide y la resolución (en número de canales)
  • Efectua una representación gráfica de la curva de calibración: la energía real de los fotopicos (ver valores tabulados) frente a su canal del centroide
  • Representa la recta que resulta sobre la gráfica de calibrado. Comprueba si el equipo es o no lineal.
  • Usa ahora el procedimiento de calibrado de tres puntos utilizando además de los dos anteriores el pico del \(^1^3^7 Cs\)
  • Traza la curva de resolución en energía, $\sigma (E) = \delta{E\over E} $, con todos los fotopicos \(^6^0 Co\) y \(^1^3^7 Cs\)
  • ¿Observaciones? Comentar

Parte 3: Entendiendo los espectros

  • Verifica que los umbrales Compton y los picos de backscattering corresponden a la predicción cinemática, conociendo la energía del fotopico

Parte 4: La muestra incógnita

  • Usando la calibración de la primera parte, determina la energía de los dos fotopicos de la tercera muestra
  • Usando información de valores tabulados (ver referencias): ¿a qué elemento corresponde esta muestra?

Parte 5: Conclusiones

  • Conclusiones, observaciones, comentarios adicionales