Radiologia

Efecto Compton
Bazterra, Victor (Te.:433-1627) y Camjayi, Alberto (Te.:292-7350) Laboratorio 5 - Dpto. de Física - FCEyN-UBA - 1997
Analizamos los espectros de rayos gama de varias fuentes radiactivas utilizando un centellador sólido de NaI(Tl). Con los datos recogidos, y utilizando solo principios generales de conservación, se impuso ante los resultados experimentales, la necesidad de untratamiento relativista del problema. Como resultado del análisis medimos la masa en reposo del electrón, así como las relaciones entre su momento lineal y energía con los parámetros γ y β. Para la ubicación de los bordes Compton manejamos dos criterios, uno despojado de hipótesis acerca del instrumento de medición, y otro en el cual incluimos un modelo simple de su funcionamiento. Éste último, si bienaumento los errores experimentales, produjo resultados en completo acuerdo con mediciones mas precisas.

Resumen:

Introducción
Utilizando un detector del tipo centellador inorgánico, obtuvimos varios espectros de rayos gama para distintas fuentes. Estos detectores se construyen con un material absorbente (en este caso Ioduro de Sodio dopado con Talio) que, en forma general, se conocen comocentelladores; los mismos aprovechan las distintas interacciones que suceden entre los rayos gama y los electrones dentro del material, obteniendo como producto final una cierta cantidad de fotones visibles que son contados por celdas fotomultiplicadoras. Las posible interacciones fotón - electrón son: Efecto fotoeléctrico: en este caso, los fotones incidentes son totalmente absorbidos por loselectrones que están ligados a los núcleos atómicos del material, siendo éstos electrones expulsados a grandes velocidades a través de éste. Los electrones portan la energía del rayo gama absorbido menos la energía característica de sus ligaduras con el núcleos, que son del orden de unos cuantos cientos de electronvolt. Pero considerando que los rayos gama portan una energía de unas centenas a milesde kiloelectronvolts, podemos despreciar la energía de ligadura y decir que el electrón lleva en realidad toda la energía del fotón incidente. 2. Efecto Compton: este efecto es consecuencia de una colisión entre el fotón gama incidente y un electrón que se encuentre libre en el material. Este electrón porta una energía que depende del ángulo con que fue dispersado finalmente el fotón. 3. Creaciónde pares electrón - positrón: el proceso ocurre en el campo de un núcleo del material absorbente y corresponde a la creación de un par electrón - positrón a expensas de un fotón gama incidente que desaparece en el mismo punto. Esto sucede cuando la energía del gama es mayor a, por lo menos, dos veces la masa del electrón y tiene como consecuencia nuevamente que un electrón se mueva a través delmaterial. El positrón, se aniquila muy rápidamente con otro electrón produciendo nuevamente un fotón gama de casi la misma energía que el incidente.
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Efecto Compton - Victor Bazterra y Alberto Camjayi

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Todos estos procesos tiene como punto en común que liberan electrones muy energéticos a través del material, éstos serán frenados transfiriendo la energía que transportaban al mediocircundante. Los átomos del material absorbente quedan excitados y cuando decaen producen un número de fotones proporcional a la energía del electrón. Por lo tanto, midiendo dichos fotones, nosotros podemos conocer en forma indirecta la energía del fotón incidente cuando éste es absorbido totalmente por efecto fotoeléctrico, así como observar las características cinemáticas de los electrones que sondispersados por efecto Compton. El espectro esperado según las anteriores consideraciones puede verse esquemáticamente en la Fig. 1.

Figura 1: espectro esperado para un detector del tipo centellador. Teniendo en cuenta que la energía que medimos es en realidad la de los electrones, observamos que hay algunos muy energéticos que forman el pico predominante en la Fig. 1 (“Fotopico”), estos son...