Procedimiento de medida

1. Montaje 1: Medida del espectro del $^{210}$Po. Calibración. La fuente de $^{210}$Po es una fuente abierta (no encapsulada) que tiene un pico conocido, cuya energía es de 5.30 MeV⁴. Suponiendo que la ordenada en el origen es nula (energía cero corresponde a voltaje 0) se puede obtener una calibración lineal (E = a $\times$ V + b) del sistema experimental de medida.
   • Las fuentes de $^{210}$Po y $^{226}$Ra están contenidas en el recipiente de vidrio del montaje 1. Para medir $^{210}$Po, se aproxima ésta todo lo posible al detector de Si, cuidando que el soporte no se desprenda y que en ningún caso la fuente toque el detector. De esta manera la fuente de $^{226}$Ra queda por debajo de la carcasa del detector y oculta para su superficie sensible. Se pone en marcha la bomba y se hace vacío hasta alcanzar un valor inferior a 1.0 $mbar$. Se desconecta la bomba manteniendo la válvula del recipiente cerrada y se espera hasta que el valor de presión se estabilice. El procedimiento lleva entre 5 y 10 minutos.
   • Se conecta el SCA para aplicar tensión (-12 V) al detector y se acopla el Contador P para poder determinar el número de cuentas por unidad de tiempo. Empleando la amplificación $2$ del SCA y la ventana de 500 mV se procede a hacer un barrido de 500 mV en 500 mV comenzando en 0 mV y acumulando cuentas durante 30 $s$, que se miden con el cronómetro proporcionado al efecto. La lectura de voltajes la proporciona directamente el programa ($Pico$) del ordenador⁵. De este modo se determina la región en la que existen picos de energía en el espectro. Esta región, que está muy localizada, se explora con mayor detalle utilizando una ventana de 100 mV y un barrido de 100 mV, lo que permite obtener el espectro manual de la fuente $^{210}$Po.
   • Empleando el programa $Pico$ del PC, y realizando un barrido automático de voltajes de intervalo 0.8 segundos y con una ventana de 200 mV se estudia el mismo espectro, y se compara con el obtenido anteriormente. Ha de colocarse el selector manual (que se ha estado manipulando en el punto anterior) en el valor máximo de voltaje que se desea alcanzar en el barrido.
2. Montaje 2: Medida del espectro de $^{226}$Ra Se trata de obtener el espectro de la fuente de $^{226}$Ra en vacío, para después poder comparar con los espectros obtenidos al atravesar un medio material. Para ello se emplea el analizador multicanal (MCA). Los picos de energía de la fuente de $^{226}$Ra no sólo son debidos a la desintegración del núcleo $^{226}$Ra sino también a cada uno de sus sucesores.
   • Se introduce la fuente de $^{226}$Ra en el recipiente del montaje 2 y se aproxima todo lo posible al detector cuidando que en ningún caso lo toque. Tras cerrar el recipiente se pone en marcha la bomba y se hace vacío durante aproximadamente 5 minutos. Se puede cerrar entonces la válvula de salida del recipiente y desconectar la bomba.
   • Se aplica tensión al detector y se conecta el SCA. Empleando la salida para el osciloscopio del SCA se lleva la señal al Analizador Multicanal (MCA). Iniciando la adquisición de datos en el MCA se obtiene el espectro de la fuente. A modo de comprobación se puede emplear el SCA para determinar manualmente el espectro, de forma similar al montaje 1. Empleando el barrido automático se puede observar en qué zonas existen picos de energía en el espectro. Esta región, que comprende aproximadamente 3 $V$, se explora con mayor detalle utilizando una ventana de 100 mV y un barrido manual de 100 mV, lo que permite obtener el espectro de la fuente $^{226}$Ra, determinando el número de cuentas para un intervalo de voltajes durante 30 $s$.
   • El espectro obtenido en el MCA ha de caracterizarse determinando el centroide ( ) y la anchura a media altura (FWHM) de cada uno de los picos que aparecen. Para esto se emplean las funciones del propio MCA. Además se debe hallar el número de cuentas del pico de mayor energía por unidad de tiempo. El espectro puede calibrarse linealmente sabiendo que el pico de mayor energía se obtiene a 7.2 MeV, y que la ordenada en el origen es nula. Una vez calibrado el sistema, se puede obtener la energía de los picos de la fuente de $^{226}$Ra y comparar con los valores de la literatura⁴
3. Montaje 1: Medida de la atenuación de las partículas $\alpha$ en aire en función de la distancia Se emplea el montaje 1 para obtener el espectro de $^{210}$Po y $^{226}$Ra a distintas presiones. La finalidad es obtener el poder de frenado a partir de los datos experimentales y comparar con los datos tabulados.
   • Se separa la fuente de $^{210}$Po hasta una distancia $d$ = 2.5 cm y se comprueba que se mantiene el vacío en el recipiente con presión en torno a los 1.0 mbar. Esta presión equivaldría a una distancia muy pequeña a presión atmosférica ($P_a$ = 1013 mbar), a la que podemos hacer corresponder el origen de distancias $x$.
   • Se varía progresivamente la presión abriendo muy suavemente la válvula del recipiente hasta tener la serie de valores de presión 50, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 700 y 800 mbar. Para cada presión se obtiene el espectro de energía empleando el programa de ordenador y midiendo en el intervalo de energía de interés. Se recomienda comprobar algunos de los valores obtenidos mediante el SCA. Los espectros resultantes se han de almacenar para su posterior tratamiento. Se recomienda emplear ficheros $.txt$, fácilmente legibles por una amplia gama de programas.
   • A partir de los espectros experimentales se obtiene la energía del pico de $^{210}$Po en función de la distancia $x$, y a partir de estos datos $\frac{dE}{dx}$. Se emplea la Tabla de poder de frenado y rango de partículas alfa en aire para comparar las pérdidas de energía y el rango de partículas $\alpha$ en función del espesor, y por tanto de la presión. Estas tabla figura en el Apéndice I y corresponde a la salida del programa SRIM para entorno Windows, que también está disponible en el PC.
   • Se repite el procedimiento con la fuente de $^{226}$Ra. Para ello, se desplaza el soporte de las fuentes hacia atrás hasta que la fuente de $^{226}$Ra diste aproximadamente 2.5 cm del detector y se determina el espectro del $^{226}$Ra con el programa del ordenador. Una vez calibrado el sistema se puede obtener la energía de los picos de la fuente de $^{226}$Ra y comparar con los valores de la literatura⁴. Se procede de la misma manera que con el $^{210}$Po para determinar la atenuación de las partículas $\alpha$ en aire, para al menos 5 valores de presión.
4. Montaje 2: Medida de la atenuación de las partículas $\alpha$ en materiales Se emplea el analizador multicanal del montaje 2 para determinar la perdida de energía de las partículas $\alpha$ de la fuente de $^{226}$Ra a su paso por láminas de oro y aluminio de espesor desconocido.
   • Se abre lentamente la válvula de vacío del recipiente del montaje 2 y se espera hasta que la presión alcance el valor atmosférico. Entonces se abre el recipiente, se inserta la lámina de aluminio entre el detector y la fuente y se hace vacío de nuevo.
   • Se repite el mismo procedimiento de medida con el MCA que el empleado anteriormente. Se determina así el número de cuentas por unidad de tiempo, y la posición y anchura de los picos del espectro.
   • El mismo procedimiento se repite con la lámina de pan de oro. Debido a su extrema fragilidad, el diafragma en el que está colocado debe manejarse con delicadeza.
   • Se emplean las tablas de poder de frenado y rangos de partículas alfa en aluminio y oro para comparar las pérdidas de energía y el rango de partículas $\alpha$ en función del espesor de las láminas. Estas tablas aparecen en los Apéndices II y III, respectivamente.