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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FRX Fluorescencia de Rayos X con Detector de Silicio Javier Linares Torres Jesús González Senent Técnicas Experimentales II (Grupo B) 30 de mayo de 2019 Javier Linares Torres Jesús González Senent FRX 30 de mayo de 2019 1 / 26

FRX - Fluorescencia de Rayos X con Detector de Silicioalumno.us.es/javlintor/files/TEII/FNP/FRX.pdf · Tubo de Rayos X Tubo de Rayos X Tubo de vacío donde: 1 Los e son emitidos en

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FRXFluorescencia de Rayos X con Detector de Silicio

Javier Linares TorresJesús González Senent

Técnicas Experimentales II (Grupo B)

30 de mayo de 2019

Javier Linares Torres Jesús González Senent FRX 30 de mayo de 2019 1 / 26

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1 Objetivos

2 Introducción Teórica

3 Descripción de la Práctica

4 Resultados Experimentales

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1 Objetivos

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Objetivos de la Práctica

Comprender el funcionamiento de un detector de Silicio y de un tubode rayos X.Obtener el espectro de emisión de un tubo de rayos X mediante suincidencia sobre una muestra de Boro.Realizar una calibración en energía a partir de espectros de radiaciónde muestras conocidas: Cu, Sn y W.Analizar los espectros de radiación.Identificar una muestra desconocida a partir de su espectro de radiación.

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Radiación

Rayos XEl término rayos X se utiliza para referirse a un tipo de radiación electro-magnética ionizante que se origina en las capas electrónicas de los átomosexcitados como consecuencia de una transición de estado electrónico en lacuál el electrón pierde energía.

K L M

λ ∈ [0.01, 10.00] nm.f ∈ [30, 30000] PHz.E ∈ [1, 100] keV.

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Tubo de Rayos X

Tubo de Rayos XTubo de vacío donde:

1 Los e− son emitidos en filamento por efecto termoiónico. La intensidad delhaz la controlamos por la intensidad electrica por el filamento.

2 Alto voltaje (20-30 kV) acelera los e− del catodo al anodo, donde una placade los frena.

3 La mayoria de energia se pierde en forma de calor, pero otra parte de energiaes radiada: Radiación de Frenado o Rayos X del 74W.

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El Detector

SemiconductoresSe caracterizan por tener un gap Eg ∼ eV.

Al paso de radiación ionizante, se crean pares e − h: 106 >> 103 − 104 fotones decentelleo.Trabajaremos con un detector de Silicio: 3.6 eV para crear un par e − h.Esto nos permitirá medir bajas energías y tener buena resolución εrel ∝ 1/

√N.

E EF-EV

-EC Eg

Metal Semiconductor Aislante

Banda

deconducción

Banda

devalencia

Electronesinternos

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El Detector: Detector de Deriva de Silicio (SDD)

Detector SDDSe basa en la unión PN de Silicio enpolarización inversa:

1 E RX incidente crea un fotoelectrónde alta energía que ioniza conformeatraviesa el semiconductor, creandopares e−- h+.

2 Los portadores se mueven porarrastre y son recolectados.

3 La carga integrada es proporcionala la energía.

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El Detector: Detector de Deriva de Silicio (SDD)

Detector SDD: Inconvenientes1 Se producen pares e−- h+ por

agitación térmica: Enfriamos porEfecto Peltier.

2 Los pares e−- h+ se recombinanfácilmente: Silicio de alta pureza,Polarización inversa para una mayorzona de deplexión.

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Materiales

Detectores de Si (SDD) y electrónica (analizador multicanal).Tubo de Rayos X con ánodo de 47Ag.Lámina de 5B y láminas para calibrar el detector: 29Cu, 50Sn y 74W.Muestras para analizar: Cadena de 47Ag y "Sedimento".

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Montaje

1 Controlador de tension e intensidad para el tubo.2 Tubo de rayos X.3 Caja de 29Cu de seguridad con sistema de alerta y soporte para muestra.4 Detector de Si SDD.5 (Pre)Amplificador y analizador MCA.

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Procedimiento

1 Estudiamos el espectro de emisión del tubo de Rayos X usando unamuestra de 5B.

2 Se observa qué efecto tiene aumentar la diferencia de potencial en eltubo de Rayos X.

3 Realizamos la Calibración en energía.4 Usando la Calibración en energía analizamos los espectros, identificando

qué elementos están presentes en las diferentes muestras.

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Calibración en Energía

No se aprecian los errores.

Se han empleado los picos mejor definidos.

m (keV/canal) 4.7914 · 10−2

△m (keV/canal) 0.0009 · 10−2

n (keV) −3.7 · 10−2

△n (keV) 0.3 · 10−2

r2 0.99999997

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Diferencia de Potencial en el Tubo de Rayos X

A mayores energias en el tubo, la radiación blanca (continuo) se ensancha.De ahora en adelante, fijamos el potencial a 30 kV.Omitimos la parte del espectro correspondiente a energías superiores a 40 keV.

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Espectro de Emisión del Tubo de Rayos X (5B)

Omitiremos los errores para facilitar el análisis en lo que sigue.

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Espectro de Emisión del Tubo de Rayos X (5B)

Detectamos: 18Ar del aire y 74W del blanco.Este "fondo" estará presente en todos los espectros.

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Espectro de Emisión 74W

Obervamos las mismas líneas que en el caso anterior pero apreciamos eldesdoblamiento de Kβ y Picos Suma.

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Espectro de Emisión 29Cu

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Espectro de Emisión 29Cu (Alta Tasa de Conteo)

Aunque ya habíamos detectado los picos suma, aquí aparecen de formainmediata.

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Espectro de Emisión 50Sn

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Espectro de Emisión: Cadena de 47Ag

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Espectro de Emisión: Muestra Problema (Sedimentos)

Encontramos: 19K, 20Ca, 22Ti, 26Fe, 37Rb, 38Sr, 40Zr.

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Referencias

Krane, Kenneth S. and Halliday, David and othersIntroductory nuclear physics1987G.F. KnollRadiation Detection and MeasurementWiley & Sons, Inc., 1979

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