domingo, 6 de noviembre de 2016

EMISIÓN TERMOIONICA

¿QUÉ ES?

Este fenómeno tiene su origen en la emisión de partículas eléctricas con carga negativa o electrones  desde un filamento calentado eléctricamente hacia todas direcciones.
Un detalle importante de señalar es que dicho fenómeno solo se puede originar en la ausencia total de oxígeno, por la razón de que cualquier material que llegue a la temperatura suficiente para causar una emisión termoiónica ardería en la presencia de dicho elemento volviendo esto fenómeno uno artificial ya que no se puede originar en la naturaleza por si mismo.
Esta fue una manera muy básica de explicar este fenómeno físico, mas adelante se trataran otros temas  concernientes a termoiónica.


BULBO AL VACÍO


HISTORIA
Inicia tiempo después de la invención del foco o bombilla incandescente a finales de siglo XlX, cuando en1883 Thomas Edison noto que en sus bombillas se formaban depósitos negros en el interior  cuando realizaba sus experimentos, así que procedió a experimentar  con diversos métodos para intentar evitar la acumulación de  aquellos depósitos un método que utilizo fue el señalado en la imagen encontrada mas abajo colocando dentro de la bombilla una placa metálica cargada positivamente. Ahora tomando como referencia lo anterior y la imagen imaginemos que situamos algún aparato para medir voltaje ocorriente eléctrica entre la terminal positiva y la placa metálica encontraremos que esta registra un flujo e electrones o energía eléctrica la cual no existe cuando la placa metálica es cargada negativamente por que los electrones son repelidos cortando el flujo. Este fenómeno es conocido como efecto Edison.
Principio de conservación de cantidad de movimiento

Históricamente, el concepto se remonta a Galileo Galilei. En su obra Discursos y demostraciones matemáticas en torno a dos nuevas ciencias, usa el término italiano impeto, mientras que Isaac Newton en Principia Mathematica usa el término latino motus (movimiento) y vis motrix (fuerza motriz). Momento y momentum son palabras directamente tomadas del latín mōmentum, término derivado del verbo mŏvēre 'mover'.

En mecánica, a la cantidad de movimiento se le ha otorgado una importante propiedad, que poseen muy pocas magnitudes físicas, siendo esta no más que la propiedad de conservación.
Ésta consiste en que la suma geométrica de las cantidades de movimiento de los cuerpos en interacción se conserva invariable. La suma de las cantidades de movimiento queda constante aunque las cantidades de movimiento de los cuerpos varían, ya que sobre cada cuerpo actúan las fuerzas de interacción.
El principio de conservación de la cantidad de movimiento es una de de las más importante leyes de la naturaleza, demuestra la interacción de dos cuerpo. La misma equivale al Principio de inercia, ya que si la resultante de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo es nula, su momento lineal o cantidad de movimiento es constante y si la masa del cuerpo es constante, su velocidad también lo es. Este razonamiento lo podemos expresar como
Los modelos actuales consideran que no sólo los cuerpos másicos poseen cantidad de movimiento, también resulta ser un atributo de los campos y los fotones.
La conservación de la cantidad de movimiento se puede generalizar a un sistema de partículas.
Un sistema de partículas es un conjunto de cuerpos o partículas del que queremos estudiar su movimiento.
La cantidad de movimiento o momento lineal de un sistema de partículas se define como la suma de las cantidades de movimiento de cada una de las partículas que lo forman:
Aunque la cantidad de movimiento del sistema permanezca constante, puede variar la cantidad de movimiento de cada partícula del sistema. El principio de conservación de la cantidad de movimiento es un principio fundamental que se cumple sin ninguna excepción y así se ha confirmado experimentalmente.

Fuerza y cantidad de movimiento

La fórmula F= m*a expresa la segunda Ley de Newton, se puede escribir recordando que la aceleración es igual a la rapidez de variación de la velocidad del cuerpo.
El producto de la masa del cuerpo por la velocidad es una magnitud física que tiene una denominación especial y recibe el nombre de cantidad de movimiento o impulso del cuerpo. Llamamos cantidad de movimiento de un cuerpo al producto de la masa por su velocidad y la variación de movimiento de un cuerpo es igual al impulso de la fuerza.

Validez del principio de conservación de la cantidad de movimiento

Este principio es válido cuando la suma geométrica de las cantidades de movimiento de los cuerpos, que forman un sistema cerrado, queda constante para toda clase de interacciones de los cuerpos de este sistema entre sí.
Fuentes

martes, 1 de noviembre de 2016

RAYOS X

Rayos X

EL DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X

Los rayos X fueron descubiertos accidentalmente por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen, en 1895.
Roentgen, profesor de Física de la Universidad de Wurzburgo, Baviera, estaba realizando experimentos, estudiando los rayos catódicos, con un tubo de Crookes (descarga eléctrica en el vacío) en busca de rayos lumínicos invisibles. Tuvo la idea de operar en un entorno oscuro y de cubrir el tubo con papel negro.
'Rayos X'
Roentgen

Al pasar por éste la corriente de alta tensión, se produjo un resplandor inmediato en la pantalla fluorescente de platinocianuro de bario que se encontraba sobre la mesa, a cierta distancia del tubo. Al interponer objetos entre éste y la pantalla, se proyectaban sombras sobre esta última. La experimentación posterior con tales radiaciones, le permitió comprobar que afecta una emulsión fotográfica del mismo modo que la luz visible.
De numerosos experimentos dedujo que esta variación era muy diferente de los rayos catódicos de Croques y determinó que la fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la radiación ultravioleta. Sin embargo, al no poder precisar la naturaleza exacta los denominó Rx o incógnito.
Así fueron descubiertos los Rayos X que posteriormente fueron también denominados rayos Roentgen en su honor.
Los Rayos X son, en definitiva, una radiación electromagnética penetrante, cuya longitud de onda es menor que la de la luz visible.


Los Rayos X se producen por el choque contra la materia de electrones acelerados a gran velocidad. En cualquier aparato de Rayos X existe un cátodo emisor de electrones y un ánodo conectado a un potencial fuertemente positivo respecto al cátodo, que atrae a los electrones y que les sirve de blanco contra el que éstos chocan. En general, en los tubos de rayos X actuales, se emplea tungsteno como cátodo, y se ha conseguido una modulación muy fina de la energía de las radiaciones emitidas, y por tanto, de su penetración, a fin de conseguir imágenes más definidas. Los rayos X son radiaciones electromagnéticas de longitud de onda corta, que se propagan en línea recta y a la velocidad de la luz. Tiene gran capacidad de penetración, por lo que se utilizan para obtener imágenes para el diagnóstico. Su poder ionizante es débil, aunque esto no quiere decir que en determinadas circunstancias no puedan causar lesiones.
Los Rayos X constituyen el Principal riesgo de irradiación por vía externa, produciéndose en los generadores de radiodiagnóstico (aparatos de Rayos X), en los microscopios electrónicos, en los tubos catódicos de los televisores, etc.
Los rayos X no se huelen, no se oyen y no se sienten. Al colisionar con la materia producen distintos tipos de efectos; entre los principales están: ƒ
Ionización: producen pares iónicos de dos formas, primaria (por la propia ionización) y secundaria (por las radiaciones emergentes)
Fluorescencia: si inciden los rayos X con materiales capaces de emitir luz, dicho efecto se aplica en imagen para el diagnóstico ƒ
Fotoquímico: cuando incide sobre materiales fotográficos produce un efecto en las emulsiones fotográficas que da lugar a un ennegrecimiento tras el revelado. Esta propiedad se emplea en diagnóstico por la imagen (con rayos X) y en dosimetría (dosímetro de película) ƒ
Biológicos: si interactúan con seres vivos se manifiestan como daños.


Uno de los usos mas comunes es...

Radiografía convencional
Popularmente conocida como rayos X, es una técnica que permite ver la anatomía de órganos y tejidos. El equipo consta principalmente de un tubo que emite rayos X y un detector, que puede ser una película radiográfica (placa) o dispositivos de detección digital. Es capaz de emitir rayos X durante períodos sumamente pequeños, y alcanza con una o dos placas para finalizar el procedimiento.
Los rayos X para radiografía no se obtienen de materiales radioactivos, sino acelerando electrones que luego chocarán contra un blanco metálico. Los fotones son emitidos por los electrones al ser frenados o por procesos que tienen lugar en los átomos del metal.
La imagen se forma porque cada órgano del cuerpo atenúa en mayor o menor proporción el haz de rayos X, según su densidad. Aquellos rayos que logren atravesar el organismo impactarán en el detector formando una imagen, que luego será revelada o procesada por una computadora. La radiografía se emplea, por ejemplo, para observar fracturas en huesos, anomalías pulmonares, estructura dental, etcétera.

BIbliografía:

Radiaciones ionizantes - Usos

¿PARA QUÉ SE USAN LAS RADIACIONES IONIZANTES?


Durante toda nuestra vida estamos expuestos a radiaciones. Muchas de ellas provienen de fuentes naturales que están en el aire, la corteza terrestre, el agua, el espacio; otras son artificiales, es decir, creadas por el hombre.

Las radiaciones ionizantes son aquellas que propagan la energía suficiente como para desprender un electrón de los átomos de los materiales que atraviesa, produciendo en ellos cambios en sus propiedades, incluso en la función celular de los organismos.





RADIACIONES PARA VIVIR MEJOR

¿Te sorprende? La energía escondida dentro del núcleo de los átomos, es decir energía nuclear, es de donde provienen muchas de las radiaciones ionizantes.
El hombre aplica estos efectos de las radiaciones tanto en medicina como en la industria.
Aquellas aplicaciones industriales en las que se irradian productos con el objeto de esterilizarlos, desinfectarlos (proceso que  inactiva agentes patógenos tales como bacterias, virus y protozoos), desinsectarlos (eliminación o exterminio de los insectos) o modificar sus propiedades, se llaman tratamiento por radiaciones ionizantes o irradiación.
Por ejemplo:

  • Sin irradiación/ Con irradiación
    Eliminar los microorganismos presentes en alimentos, como hongos y bacterias, para evitar que nos causan enfermedades al consumirlos y para que los alimentos perduren en buen estado por más tiempo.



  • Limpiador de cocina
    Eliminar insectos y otros artrópodos que dañan materias primas y productos (madera, telas, papel, harina, etc.), sin perjudicar a estos materiales, ya sea en cambios de color, olor, sin humedecerlos, por ejemplo.

  • Transformar los polímeros que componen ciertos materiales, como los plásticos, y otorgarles características especiales (como mayor resistencia al calor y la tracción);  fabricar nuevos materiales poliméricos a partir de desechos orgánicos como el bagazo de caña.
  • Esterilizar prótesis y  tejidos para implantes, es decir que estén libres de bacterias que puedan causar infecciones (por ejemplo injertos de piel para personas que han sufrido quemaduras).

  • Esterilizar materiales de uso médico, tales como jeringas, sondas y gasas, para evitar infecciones en los pacientes.

  • Controlar el nivel del líquido contenido en un tanque o en un equipo (Industria)
  • Detectar imperfecciones en piezas metálicas, principalmente en las soldaduras (Industria metalúrgica).
Resultado de imagen para piezas metalicas

  • En los aeropuertos que el equipaje de mano pase a través de un equipo emisor de rayos X, el cual permite visualizar de forma rápida su contenido sin necesidad de abrirlo.Resultado de imagen para detectores en aeropuertosDeterminar la cantidad de humedad en suelos
  • El movimiento de las corrientes de agua subterráneas se puede rastrear agregándoles un elemento radioactivo
  • Los detectores de humo tienen detector de radiación y un emisor alfa o beta que da lugar a una corriente de ionización constante.
Resultado de imagen para detectores de humo
  • Tanto la industria textil como la que fabrica películas plásticas emplea elementos radioactivos emisores de partículas alfa para neutralizar la electricidad estática que adquieren los materiales por rozamiento.


Bibliografía:

  • http://divnuclear.fisica.edu.uy/libro/Que_usos_tienen_las_radiaciones_ionizantes.pdf
  • http://www.cab.cnea.gov.ar/index.php/muestra-cab-ib/58-espanol/acordion/sedicyt/muestra-cab-ib/159-para-que-se-usan-las-radiaciones-ionizantes


Radiaciones

¿Qué son y qué tiene que ver con los aceleradores?

Las radiaciones pueden ser de dos tipos: las ionizantes que provocan con energía suficiente la expulsión de electrones de la órbita atómica (fenómeno de ionización) y las no ionizantes, en la que la energía de los fotones emitidos no es suficiente para ionizar los átomos de los materiales sobre las que inciden. Dentro del grupo de las radiaciones no ionizantes se encuentras incluidos los campos eléctricos, radio frecuencia, microondas, infrarroja, visible, ultravioleta y láser.  Dentro del grupo de las ionizantes se encuentran los rayos X, los rayos gamma, los rayos beta y neutrones.

Radiaciones no ionizantes:

El campo de este tipo de radiaciones, situadas en el espectro electromagnético que son incapaces de producir fenómenos de ionización, ha aumentado considerablemente en los últimos años, tanto en la industria como en la vida cotidiana. Esto es debido al auge de productos electrónicos que usan o emiten radiaciones (rayos láser, hornos microondas, equipos de inspección por infrarrojos, fotocopiadoras, tele comunicadores,etc.) 
a) Radiaciones microondas
Tienen gran importancia en la industria y la medicina (hornos microondas, aceleradores de reacción para disminuir tiempos de reacción, etc.)
b) Radiaciones infrarrojas
Esta energía radiante, procedente de los objetos calientes, se presenta en operaciones industriales como hornos de secado, hornos de fusión, etc. Pudiendo dar lugar sobre las personas expuestas a efectos no tan peligrosos como las radiaciones UV (irritaciones en la piel, efectos sobre los ojos con riesgo de producir cataratas,etc.
c) Radiaciones ultravioleta
Aunque la mayor fuente de esta radiación es el sol, la capa de ozono hace que sólo llegue a la  superficie de la Tierra las radiaciones menos dañinas y en pequeñas cantidades  

Radiaciones ionizantes: 


Son aquellas radiaciones con energía suficiente para ionizar la materia, extrayendo los electrones de sus estados ligados al átomo.Es
 el proceso por el cual se arranca un electrón de un átomo. El conjunto formado por el electrón libre y el átomo con carga positiva resultante se denomina par iónico. 
Si un átomo recibe un aporte energético suficiente es posible separar de él uno o varios electrones, quedando entonces el átomo eléctricamente descompensado, su número de cargas positivas es superior al de las negativas, y constituye un átomo ionizado, o más precisamente un ión positivo. 
El fenómeno constituye la ionización atómica que también puede deberse a un aporte de electrones al átomo, aunque en este caso se originaría su ionización negativa y se transformaría en un ión negativo. Los iones atómicos suelen ser muy reactivos y tienden a recuperar su estabilidad mediante la captura de cargas libres o mediante su unión a otros átomos dando lugar a compuestos químicos. Cuando la energía aportada no resulta suficiente para arrancar electrones del átomo, puede serlo para desplazar electrones desde capas internas completas hasta otras más externas incompletas, creándose así huecos en las primeras. Se dice entonces que el átomo está excitado, y el fenómeno se llama EXCITACIÓN ATÓMICA. Estos huecos internos son ocupados espontáneamente por electrones más externos, que caen de un nivel de energía a otro más bajo, emitiéndose al exterior la diferencia. La excitación del átomo también puede producirse a nivel de su núcleo por variación de la energía nuclear. Análogamente, la excitación nuclear se resuelve también con la emisión espontánea de energía, de forma más o menos compleja y con la participación o no de la corteza electrónica. El fenómeno atómico que se produce en las ionizaciones es el siguiente: durante la absorción de energía, se van a producir saltos electrónicos, entre las distintas capas, hasta la salida definitiva de un electrón del átomo. 

Clasificación
Como hemos indicado anteriormente, se caracterizan por su capacidad al incidir sobre la materia al producir el fenómeno de ionización, pudiendo clasificarse en ondulatorias y corpusculares
Resultado de imagen para radiaciones corpusculares




Radiación corpuscular 


Partículas alfa (núcleos de He totalmente ionizados) con bajo poder de penetración y alto poder de ionización. No pueden recorrer mas de un par de centímetros en el aire. El problema para la salud radica principalmente en la ingestión o inhalación de sustancias que emitan partículas alfa, que pueden generar un gran daño en una región focalizada de los tejidos. 
Resultado de imagen para radiaciones ionizantes
Símbolo de seguridad
Partículas beta (electrón y positrones que salen despedidos a gran velocidad de un suceso radiactivo), debido a su menor masa producen menor energía y por lo tanto menor poder de ionización que las alfa pero con un mayor poder de penetración. Se detiene en algunos metros de aire o unos centímetros de agua y puede ser frenada por una lamina de aluminio, el cristal de una ventana, una prenda de ropa o el tejido subcutáneo. Puede dañar la piel, los tejidos superficiales y si por alguna vía, ingestión o inhalación sustancias emisoras beta entraran en el cuerpo, irradiaran los tejidos internos.

 Radiación electromagnética. 

Radiación gamma (fotones con alta energía de origen nuclear) presenta un poder de ionización relativamente bajo y una capacidad de penetración alta. Para detenerla se hace preciso utilizar barreras de materiales densos como el plomo y el hormigón. Pueden derivar se daños en la piel y en los tejidos mas profundos. Radiación X (fotones con alta energía de origen extranuclear) tiene características similares a la radiación gamma.


Resultado de imagen para radiaciones ionizantes

Para conocer más....

Resultado de imagen para simbolos de radioactivo en diferentes zonas

Bibliografía:

  • "Técnicas de prevención de riesgos laborales, Seguridad e higiene del trabajo" 9 edición- José María Cortés Díaz
  • http://ciam.ucol.mx/portal/portafolios/domingo_ornelas/apuntes/recurso_828.pdf



martes, 18 de octubre de 2016

Aceleradores lineales

Hablaremos ahora de los aceleradores lineales... 

En un acelerador lineal (linac)los electrones o iones se aceleran a lo largo de una trayectoria rectilínea, que pasan a través de una serie de conductores tabuladores.El voltaje que se aplica a los tubos es alterno, de manera que cuando los electrones llegan a una brecha (por ejemplo), el tubo frente a ellos es positivo y el que acaban de dejar es negativo.
A baja rapidez las partículas cubren menos distancia en la misma cantidad de tiempo, así que los tubos son más cortos al principio.
Los electrones con un masa pequeña, se acercan a la rapidez de la luz, y los tubos casi tienen igual longitud.
Los aceleradores lineales son particularmente importantes para acelerar electrones y evitar pérdidas de energía debido a la radiación de sincrotón. El acelerador más grande estuvo en la Universidad de Stanford, media 3km de largo y aceleraba electrones a 50GeV. Ahora esta fuera de servicio.
Los linacs que aceleran protones se utilizan como inyectores en máquinas circulares para impartir energía cinética inicial. Muchos hospitales tienen linacs de electrones de 10MeV que inciden sobre una hoja metálica para producir fotones de rayos y con la finalidad de irradiar tumores.


El SLAC (Stanford Lineal Accelerator Center), ubicado al sur de San Francisco, acelera electrones y positrones a lo largo de sus 2 millas de longitud (algo mas de tres kilómetros), hacia varios blancos, anillos y detectores ubicados en su finalización. Este acelerador hace colisionar electrones y positrones, estudiando las partículas resultantes de estas colisiones. Construido originalmente en 1962, se ha ido ampliando y mejorando para seguir siendo uno de los centros de investigación de física de partículas mas avanzados del mundo. El centro ha ganado el premio nobel en tres ocasiones.



Actualmente, el acelerador está en proceso de actualización. Se está construyendo el Linac Coherent Light Source, un potente generador de rayos X que permitirá observar los átomos durante las reacciones químicas.

Bibliografía:
Física para Ciencias e ingeniería con física moderca- Volumén II- 4ta edición - Douglas C. Giancoli
 http://www.quantum-rd.com/2009/03/el-stanford-linear-accelerator-center.html#ixzz4NSVf5bgi


lunes, 3 de octubre de 2016

PARTÍCULAS DE ALTA ENERGÍA Y ACELERADORES

En los años posteriores a la Segunda Guerra Mundial, se descubrió que si la partícula incidente en una reacción nuclear tenía suficiente energía, se podía producir nuevos tipos de partículas. Los primeros experimentos usaron rayos cósmicos, partículas que inciden sobre la Tierra desde el espacio. En el laboratorio, se construyeron varios tipos de aceleradores de partículas para acelerar protones o electrones a altas energías, aunque también es posible acelerar iones pesados. Estos aceleradores de alta energía se usan para sondear con mayor profundidad en la materia, para producir y estudiar nuevas partículas y así también obtener información acerca de las fuerzas constituyentes básicos de la naturaleza. Puesto que las partículas proyectiles tienen alta energía, este campo a veces se llama física de alta energía.


Longitud de onda y resolución

Las partículas aceleradas a alta energía pueden sondear el interior de los núcleos y nucleones u otras partículas con las que choquen. Un importante factor es que los proyectiles de rápido movimiento pueden revelar más detalles. La longitud de onda de las partículas proyectiles esta dada por la fórmula de longitud de onda de De Broglie:

donde se muestra que cuanto mayor sea la cantidad de movimiento p de la partícula proyectil, más corta es su longitud. La resolución de los detalles en las imágenes (de la difracción) está delimitada por la longitud de onda: cuanto más corta sea la longitud de onda, más fino será el detalle que se puede obtener. Ésta es la razón por la que en años recientes se construyeron aceleradores de partículas con energías cada vez más altas: para sondear todavía con mayor profundidad en la estructura de la materia, a dimensiones cada vez menores.

Otra importante razón para construir aceleradores de alta energía es que a altas energías se pueden producir nuevas partículas con mayor masa, al transformar la energía cinética de las partículas que chocan, en partículas masivas E=mc2



CICLOTRÓN

El ciclotrón lo desarrolló en 1930 E. O. Lawrence (1901-1958) en la Universidad de California, Berkeley. Usó un  campo magnético para mantener iones cargados, por lo general protones, en trayectorias casi circulares. Aunque los físicos de partículas ya no usan ciclotrones simples, se usan en medicina para tratar el cáncer, y sus principios operativos son útiles para entender los aceleradores modernos. Los protones se mueven en un vacío dentro de dos cavidades con forma de D, como se muestra en la figura. Cada vez que pasa hacían la brecha entre las "des", un voltaje las acelera (la fuerza eléctrica), lo que aumenta su rapidez y el radio de curvatura de su trayectoria en el campo magnético. Después de muchas revoluciones, los protones adquieren alta energía cinética y llegan al borde exterior del ciclotrón, donde inciden sobre un blanco. Lo protones aceleran solo cuando están en la brecha entre las "des", y el voltaje debe ser alterno. Cuando los protones se mueven hacia la derecha a través de la brecha, la "de" derecha debe ser electricamente negativa y la izquierda, positiva. Medio ciclo después, los protones se mueven hacia la izquierda, de manera que la "de" izquierda debe ser negativa para acelerarlas.



SINCROTRÓN

Otra forma de acelerar partículas relativistas es aumentar el campo magnético B en el tiempo para mantener (f) constante conforme las partículas aceleran. Tales dispositivos se llaman sincrotones; las partículas se mueven en un circuito de radio fijo, que puede ser muy grande. En el Centro Europeo para Investigación Nuclear en Ginebra, el Gran Colisionador de Hadrones, tiene 4,3 km de radio y acelera protones a 7 TeV. El Tevatrón en el Fermilab (el Laboratorio Nacional Fermi) en Batavia, tiene un radio de 1,0 km. El Tevatrón usa imanes superconductores para acelerar protones a aproximadamente 1000 GeV = 1 TeV (de ahí su nombre). Estos grandes sincrotones usan un estrecho anillo de imanes y cada imán se coloca en el mismo radio desde el centro del circulo. Los imanes se interrumpe mediante brechas donde alto voltaje acelera las partículas.
          

          Un problema de cualquier acelerador es que acelerar cargas eléctricas irradia energía electromagnética. Puesto que los iones o electrones se aceleran en un acelerador, es posible esperar que se pierda considerable energía mediante radiación.


Bibliografía: Física para Ciencias e ingeniería con física moderca- Volumén II- 4ta edición - Douglas C. Giancoli