9-12-2020 Interacción de La Partículas Cargadas Con La Materia

INTERACCIÓN DE LA
PARTÍCULAS CARGADAS
CON LA MATERIA
TIPOS DE COLISIÓN
Cuando una partícula cargada penetra en un medio material,
experimenta una serie de colisiones con los átomos constituyentes. Sin
embargo, dado el "vacío" relativo existente en el interior del átomo, las
colisiones mecánicas por choque directo entre la partícula y los
electrones o núcleos, son muy improbables. En realidad el proceso
predominante es la interacción coulombiana, proceso de interacción
debido a las fuerzas eléctricas producidas entre la partícula incidente, y
los electrones y núcleos del medio absorbente. Esta interacción
produce una pérdida casi continua de la energía cinética de la partícula,
hasta llegar a su detención.
Los procesos que contribuyen a la pérdida de energía de una partícula
cargada en su interacción con medios materiales son:
a) Colisión elástica.
b) Colisión inelástica.
c) Colisión radiativa.
a)Colisión elástica
En este tipo de colisiones, se conservan tanto la energía cinética como
la cantidad de movimiento. En estos casos, la partícula se desvía de su
trayectoria, cediendo parte de su energía en forma de energía cinética.
En las colisiones elásticas no se produce en el medio ninguna alteración
atómica ni nuclear.
b) Colisión inelástica
• En estas colisiones se conserva la cantidad de movimiento, pero no la
energía cinética. La partícula al sufrir estas colisiones con los átomos
del medio, modifica su estructura electrónica, produciendo
excitación, ionización, o disociación.
c) Colisión radiativa
La partícula cargada se "frena" o "desvía" en su interacción con los
átomos del medio y como resultado emite ondas electromagnéticas.
Este proceso, a nivel elemental se produce con mayor probabilidad en
las proximidades del núcleo atómico como consecuencia de pequeñas
"desviaciones" de la partícula incidente.
MECANISMOS DE PÉRDIDA DE
ENERGÍA
Entonces, la interacción coulombiana de las partículas cargadas con la
materia, es el proceso principal al que se debe el decremento
energético observado. Se estudiarán seguidamente los principales
mecanismos de pérdida de energía, así como una serie de parámetros
relacionados de gran aplicación.
a) Ionización
b) Excitación
c) Disociación
d) Radiación de frenado
A) Ionización
Si en los choques de la partícula con los electrones atómicos, la energía
transferida es superior a la energía de enlace del electrón colisionado,
éste abandona el átomo y en consecuencia se crea un ión positivo.
Se produce en estas condiciones, a lo largo de la trayectoria de la
partícula, un cierto número de pares ión-electrón, que en condiciones
ordinarias tenderán a la recombinación, estableciéndose la neutralidad
eléctrica del medio absorbente.
Este tipo de ionización originado por la transferencia de la energía de la
partícula cargada a los electrones atómicos, recibe el nombre de
ionización primaria.
B) Excitación
Cuando en la colisión de la partícula incidente con un electrón atómico,
la energía transferida es insuficiente para producir ionización, el
electrón no puede ser expulsado del átomo, pero sí puede ser
promovido a una órbita de mayor energía. Ya se ha visto anteriormente
que el electrón excitado retornará en un tiempo muy corto al nivel de
partida, devolviéndose la energía en forma de radiación
electromagnética.
C) Disociación
Cuando la energía cedida a una molécula por una partícula alcanza
cierto valor crítico, puede producirse el fenómeno de disociación o
radiólisis. Este proceso consiste en la ruptura de enlaces químicos
moleculares y produce transformaciones químicas en las sustancias
irradiadas.
Un ejemplo típico es:
por lo que en este caso, debido a la irradiación por partículas ligeras, el

proceso conduce a la formación de hidrógeno gaseoso y agua
oxigenada.
D) Radiación de frenado
• Cuando una partícula incidente con masa y carga eléctrica,
interacciona con el campo eléctrico de un núcleo atómico,
experimenta la acción de una fuerza eléctrica y por tanto una
aceleración. De acuerdo con las leyes de la Electrodinámica Clásica
una partícula cargada, al sufrir una variación súbita de su velocidad,
emite radiación electromagnética, cuya intensidad es proporcional al
cuadrado de la aceleración.
INTERACCIÓN DE
NEUTRONES CON LA
MATERIA
INTERACCIÓN DE NEUTRONES CON
LA MATERIA
En el año 1920 Rutherford sugirió la posibilidad de que el protón y el
electrón se encontraran en los núcleos tan íntimamente combinados,
que constituían una partícula neutra hipotética, a la que se denominó
neutrón. Sin embargo, la partícula propuesta era difícil de detectar,
pues al carecer de carga, sería insensible a la acción de campos
eléctricos o magnéticos y tampoco produciría ionización en la materia.
Los neutrones al carecer de carga eléctrica aparente, no producen
directamente ionización ni radiación de frenado. La interacción
neutrónica, a diferencia de las partículas cargadas, se produce con los
núcleos del medio absorbente y no con los electrones corticales. En
consecuencia, el proceso predominante de interacción neutrónica, es la
producción de reacciones nucleares: de dispersión y de absorción.
Las interacciones de los neutrones pueden
ser:
a) Colisiones elásticas e inelásticas
b) Procesos de captura neutrónica
c) Reacciones de fisión inducidas por captura neutrónica
Colisiones elásticas e inelásticas
• En su interacción con la materia los neutrones pueden experimentar
colisiones elásticas con núcleos, en las cuales el neutrón mantiene su
entidad y el núcleo colisionado queda en su nivel energético
fundamental.
Procesos de captura neutrónica
• En los casos en los que en una colisión, penetre el neutrón en el
núcleo blanco, tienen lugar reacciones nucleares de diversos tipos,
como captura radiativa, emisión de partículas, o fisión.
Reacciones de fisión inducidas por captura
neutrónica
Los neutrones son proyectiles capaces de inducir reacciones de fisión en una gran variedad
de blancos, en especial en núcleos pesados. Tales reacciones nucleares se encuentran
entre las más importantes por sus variadas aplicaciones.
Entre las propiedades de este proceso, la propiedad más importante es la fisión es una
reacción nuclear atípica, en la que un núcleo, normalmente pesado se escinde en dos
fragmentos, liberándose de 2 a 3 neutrones, y desprendiéndose una gran cantidad de
energía.
En una masa fisible supercrítica, se produce un aumento exponencial de reacciones de
fisión. Si se permite este crecimiento de la tasa de reacciones, se liberará con carácter
explosivo una gran cantidad de energía en un tiempo muy corto, lo que constituye el
fundamento de las bombas atómicas.
Si por el contrario, se produce una liberación pausada de energía, ésta se puede utilizar en
los reactores nucleares para la producción de energía eléctrica.

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