Física de Radiacions
Codi: 100186 Crèdits: 6| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| 2500097 Física | OT | 4 |
Professor/a de contacte
- Nom:
- Carlos Domingo Miralles
- Correu electrònic:
- carles.domingo@uab.cat
Equip docent
- Immaculada Martínez Rovira
- Maria Jose Garcia Fuste
Idiomes dels grups
Podeu consultar aquesta informació al final del document.
Prerequisits
És recomanable que, a més dels conexements generals impartits en les assignatures de primer cicle, es tinguin coneixements previs de les bases de la física atòmica i de la física nuclear.
Objectius
- Diferenciar les radiacions ionitzants de les no ionitzants
- Estudiar els processos de desintegració nuclear, la llei d'activitat radioactiva i las sèries de desintegracions radioactives
- Coneixer els principis físics de la interacció de qualsevol tipus de radiació ionitzant amb la matèria
- Aplicar aquests principis físics a la detecció de radiacions ionitzants
- Estudiar i diferenciar els diferents tipus de detectors de radiació i l'electrònica associada a la detecció.
- Tenir coneixements dels diferents camps d'aplicació de les radiacions ionitzants: medi ambient, medicina i industria.
Competències
- Actuar amb responsabilitat ètica i amb respecte pels drets i deures fonamentals, la diversitat i els valors democràtics.
- Actuar en l'àmbit de coneixement propi valorant l'impacte social, econòmic i mediambiental.
- Aplicar els principis fonamentals a l'estudi qualitatiu i quantitatiu de les diferents àrees particulars de la física
- Comunicar eficaçment informació complexa de manera clara i concisa, ja sigui oralment, per escrit o mitjançant TIC, i en presència de públic, tant a públics especialitzats com generals
- Conèixer les bases d'alguns temes avançats incloent desenvolupaments actuals en la frontera de la física sobre els quals poder-se formar posteriorment amb més profunditat
- Fer treballs acadèmics de manera independent usant bibliografia (especialment en anglès), bases de dades i col·laborant amb altres professionals
- Formular i abordar problemes físics identificant els principis més rellevants i utilitzant aproximacions, si fos necessari, per arribar a una solució que ha de ser presentada explicitant hipòtesis i aproximacions
- Introduir canvis en els mètodes i els processos de l'àmbit de coneixement per donar respostes innovadores a les necessitats i demandes de la societat.
- Planejar i realitzar, utilitzant els mètodes apropiats, un estudi o recerca teòrica i interpretar i presentar-ne els resultats
- Planejar i realitzar, utilitzant els mètodes apropiats, un estudi, mesura o recerca experimental i interpretar i presentar-ne els resultats
- Raonar críticament, tenir capacitat analítica, fer servir correctament el llenguatge tècnic i elaborar arguments lògics
- Treballar autònomament, tenir iniciativa pròpia, ser capaç d'organitzar-se per assolir uns resultats i planejar i executar un projecte
- Treballar en grup, assumint responsabilitats compartides e interaccionant professional i constructivament amb altres amb absolut respecte als seus drets.
- Utilitzar les matemàtiques per descriure el món físic, seleccionant les eines apropiades, construint models adequats, interpretant resultats i comparant críticament amb l'experimentació i l'observació
Resultats d'aprenentatge
- Calcular de manera aproximada blindatges adequats a la protecció radiològica en casos pràctics concrets.
- Combinar la informació proporcionada per diversos detectors per obtenir informació integrada de les característiques de la radiació analitzada.
- Comunicar eficaçment informació complexa de manera clara i concisa, ja sigui oralment, per escrit o mitjançant TIC, i en presència de públic, tant a públics especialitzats com generals.
- Conèixer les bases de les tècniques i els instruments de producció de radiacions ionitzants utilitzats en medicina, en la indústria i en investigació.
- Conèixer les bases dels detectors de radiació utilitzats en formació d'imatges per a diagnòstic i tractament mèdic.
- Descriure els principis físics en què es basa la detecció de radiació ionitzant.
- Determinar el tipus de detector més adequat a cada tipus de radiació ionitzant.
- Determinar les característiques bàsiques i dur a terme mesures de radiació alfa, beta i gamma al laboratori.
- Explicar el codi deontològic, explícit o implícit, de l'àmbit de coneixement propi.
- Fer treballs acadèmics de manera independent usant bibliografia (especialment en anglès), bases de dades i col·laborant amb altres professionals.
- Fer una anàlisi dels nivells de radiació a partir d'un conjunt de mesures obtingudes en una instal·lació real.
- Identificar les implicacions socials, econòmiques i mediambientals de les activitats academicoprofessionals de l'àmbit de coneixement propi.
- Identificar situacions que necessiten un canvi o millora.
- Obtenir l'equació de Bethe-Bloch i aplicar-la la interacció de les partícules carregades amb la matèria.
- Obtenir les equacions per a l'efecte Compton, la secció eficaç Compton i els coeficients d'absorció i atenuació i aplicar-los a la interacció dels fotons amb la matèria.
- Procedir al calibratge de diferents tipus de detectors a partir dels resultats en instal·lacions metrològiques.
- Raonar críticament, tenir capacitat analítica, usar correctament el llenguatge tècnic i elaborar arguments lògics.
- Treballar autònomament, tenir iniciativa pròpia, ser capaç d'organitzar-se per assolir uns resultats i planejar i executar un projecte.
- Treballar en grup, assumir responsabilitats compartides i interaccionar professionalment i de manera constructiva amb altres persones amb un respecte absolut als seus drets.
- Utilitzar la simulació numèrica per al càlcul del transport de la radiació a través de la matèria.
Continguts
1.- Introducció
- Radioactivitat, des de 1890.
- Àtoms
Estructura atòmica i radiació atòmica
- Nuclis
El nucli i la radioactivitat. Diagrames de desintegració. Radiació alfa, beta i gamma.
- Radioactivitat
Activitat i llei de desintegració radioactiva. Sèries de desintegracions. Equilibri.
2.- Interacció radiació-matèria
- Interacció de les partícules carregades amb la matèria
Partícules pesades: Mecanismes de col·lisió. Ionització primària i secundària. Poder de frenada. Tractament semiclàssic: equació de Bethe-Bloch. Energies d’excitació. Abast. Radiació Cerenkov. Limitacions del tractament semiclàssic.
Electrons: Mecanismes de pèrdua d’energia: col·lisions i emissió de radiació de frenat. Abast
Traces de les partícules carregades: Raigs delta. Pèrdua d’energia restringida. Transferència lineal d’energia (LET). Ionització específica. Fluctuacions de l’energia i de l’abast. Dispersió de Coulomb múltiple.
- Interacció dels fotons amb la matèria.
Efecte Fotoelèctric. Efecte Compton. Producció de parells. Reaccions fotonuclears. Coeficients d’atenuació i coeficients d’absorció.
- Neutrons.
Fonts de neutrons. Classificació dels neutrons. Mecanismes d’interacció amb la matèria. Dispersió elàstica. Reaccions i llindar d’energia. Activació. Fissió. Criticitat.
3.- Detectors de radiació
- Estadística de comptatge
Models estadístics. Incertesa. Límit de detecció.
- Propietats generals dels detectors
Modes d’operació. Resolució en energia. Eficiència de detecció. Temps mort. Temps de resolució.
- Detectors de gas
Cambres d’ionització.
Comptadors proporcionals: Multiplicació. Funcionament dels comptadors proporcionals. Eficiència de detecció i corbes de comptatge.
Comptadors Geiger-Müller: Descàrrega. Comportament temporal. Particularitats de disseny. Eficiència
- Detectors de centelleig
Centellejadors sòlids. Centellejadors líquids. Fotomultiplicadors i fotodiodes. Espectrometria. Resposta a la radiació gamma i als neutrons
- Semiconductors
Diodes de Si. Detectors de Ge. Altres semiconductors. Detectors d’allau.
- Detectors de neutrons
Detecció de neutrons lents. Detecció i espectrometria de neutrons ràpids. Detectors basats en activació.
- Altres detectors
Emulsions fotogràfiques. Dosímetres termoluminiscents. Detectors de traces. Detectors Cerenkov. Cambres de boira. Cambres de bombolles.
- Electrònica nuclear
Processat de polsos. Impedàncies. Funcions lineals i funcions lògiques. Dispositius digitals. Analitzadors multicanal
4.- Aplicacions
- Radioprotecció
Dosimetria. Magnituds i unitats. Càlcul de dosis. Efectes biològics de la radiació. Protecció radiològica: radiació externa i dosimetria interna
- Aplicacions industrials
Mesures de gruixos. Mesures de densitat. Control de nivells. Control de qualitat. Esterilització.
- Aplicacions mèdiques
Proves diagnòstiques (TAC). Producció de radiofàrmacs. PET. Tractaments de radioteràpia: LINACs i hadronteràpia.
- Medi ambient:
Utilització de traçadors. Protecció del medi ambient. Geocronologia.
5.- Pràctiques (llistat provisional)
- Eines informàtiques en física de les radiacions (aula)
- El comptador Geiger-Müller: corba característica, temps de resolució i factor geomètric.
- Determinació de l’eficiència de detecció
- Detecció de partícules alfa amb un detector semiconductor de barrera de superfície.
- Absorció i retrodispersió de la radiació beta
- Espectrometria gamma amb centelleig sòlid NaI(Tl). Calibratge en energia i estudi dels espectres
- Espectrometria de neutrons: el sistema actiu (3He) i el sistema passiu (activacióde 197Au) d’esferes Bonner de la UAB.
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Tipus: Dirigides | |||
| Classes presencials de problemes | 12 | 0,48 | |
| Classes presencials de teoria | 30 | 1,2 | |
| Pràctiques presencials de laboratori | 7 | 0,28 | |
| Tipus: Autònomes | |||
| Realitazció dels informes de pràctiques | 16 | 0,64 | |
| Recerca d'informació i estudi | 61 | 2,44 | |
| Treballs bibliogràfics i problemes | 15 | 0,6 |
L'assignatura té classes presencials de teoria, problemes i pràctiques de laboratori. És altament recomanable assistir a les classes de teoria i de problemes, i és obligatori assitir i realitzar les pràctiques de laboratori.
Durant el curs es plantejarà la realització d'activitats dirigides, tant de caràcter més teòric (recerca bibliogràfica i realització de treballs) com de caire pràctic (ressolució de problemes i recerca de dades experimentals).
L'alumnat haurà de dedicar una part important del temps en l'ampliació dels coneixements donats a classe i en l'estudi personal.
- Presencialitat
Les classes de teoria i de problemes es realitzaran de forma presencial
Les pràctiques de laboratori seran presencials.
Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Avaluació de les pràctiques i dels informes corresponents | 20% | 0 | 0 | 11, 2, 3, 5, 8, 7, 9, 13, 12, 16, 17, 19 |
| Avaluació dels treballs i problemes dirigits | 10% | 0 | 0 | 11, 3, 5, 4, 13, 17, 20, 18, 10 |
| Dos examens parcials: 1) Interacció de la radiació amb la matèria; 2) Detectors de radiació i aplicacions. Cada parcial té un pes d'entre 20% i 30% | 50% | 5 | 0,2 | 11, 1, 2, 5, 4, 6, 7, 14, 15, 17, 20 |
| Repesca: recuperació dels dos examens parcials | 50% | 3 | 0,12 | 1, 2, 5, 4, 6, 7, 14, 15, 17, 20 |
| Tests de control durant el curs | 20% | 1 | 0,04 | 1, 2, 5, 4, 6, 7, 13, 12, 14, 15, 18 |
L'avaluació de l'assignatura es realitzarà amb quatre tipus d'activitats:
1.- Exàmens teorico pràctics: Hi haurà dos exàmens parcials amb qüestions i problemes sobre el temari impartit a classe o que l'alumnat hagi treballat al llarg del curs que tenen un pes global del 50%. Els exàmens parcials es realitzen en les dates reservades per a aquesta activitat en el calendari del grau de física. Cada examen parcial té un pes entre el 20% i el 30% sobre la nota final. La prova de repesca, en la data prevista al calendari del grau de física, permet als alumnes que no hagin superat un o tots dos parcials tenir una segona oportunitat de fer-ho. No es preveu la possibilitat que els alumnes que hagin superat el curs es presentin a la prova de repesca per pujar la nota.
2.- Tests de control i avaluació continuada que es realitzaran durant el curs de forma presencial. Per la seva naturalesa, no és possible la repesca. Típicament es realitzen 3 tests al llarg del curs. El pes global d'aquesta activitat és del 20%.
3.- Avaluació de les pràctiques de laboratori. A partir dels informes corresponents i de l'avaluació que realitzin els professors de laboratori durant la realització de les pràctiques. La realització de les pràctiques és un requisit indispensable per a superar l'assignatura. El pes d'aquesta activitat és del 20%.
4.- Avalució dels treballs i problemes dirigits. Amb un pes global sobre la nota de 10%.
Per tal de superar al curs és obligatori tenir nota de totes les activitats avaluables.
Avaluació única
L'alumnat que s'aculli a la modalitat d'avaluació única s'haurà de presentar a un examen final de l'assignatura que constarà de preguntesde tipustest, qüestions i problemes. El pes de la nota d'aquest examen serà d'un 80%.
El 20% restant provindrà de la nota de les pràctiques de laboratori, que són d'assistència i realització obligatòries en les mateixes sessions previstes per la resta de l'alumnat. La data de lliurament de l'informe de les pràctiques serà, per aquest alumnat, el mateix dia de l'examen.
Si no es supera l'assignatura, hi haurà una segona oportunitat pel 80% de la nota corresponent a l'examen. El 20% corresponent a la nota de pràctiques no és recuperable.
La revisió de la qualificació final segueix el mateix procediment que per a l’avaluació continuada
Bibliografia
- G.F. Knoll. Radiation Detection and Measurement. John Wiley & sons, Inc (1999).
- G.C Lowenthal, P.L. Airey. Practical Applications of Radioactivity and Nuclear Radiatilons. Cambridge University Press (2001)
- J.E. Martin, Physics for Radiation Protection: A Handbook. Wiley-VCH (2006).
- J.E. Turner. Atoms, Radiation, and Radiation Protection. John Wiley & sons, Inc (1995)
Apunts del professor al Campus Virtual
Programari
No es requereix programari específic
Llista d'idiomes
| Nom | Grup | Idioma | Semestre | Torn |
|---|---|---|---|---|
| (PAUL) Pràctiques d'aula | 1 | Català | primer quadrimestre | tarda |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 1 | Català | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (PLAB) Pràctiques de laboratori | 2 | Català | primer quadrimestre | matí-mixt |
| (TE) Teoria | 1 | Català | primer quadrimestre | tarda |