El blindaje eficaz de los rayos X se basa en la mayoría de los casos en el uso de materiales con dos propiedades de material siguientes: Material de alto número atómico y densidad. Blindaje de rayos X [/ su_quote]
Los rayos X , también conocidos como radiación X , se refieren a la radiación electromagnética (sin masa en reposo, sin carga) de altas energías. Los rayos X son fotones de alta energía con longitudes de onda cortas y, por lo tanto, de muy alta frecuencia. La frecuencia de radiación es un parámetro clave de todos los fotones, porque determina la energía de un fotón. Los fotones se clasifican según las energías, desde las ondas de radio de baja energía y la radiación infrarroja, pasando por la luz visible, hasta los rayos X de alta energía y los rayos gamma .
La mayoría de los rayos X tienen una longitud de onda que varía de 0,01 a 10 nanómetros (3 × 10 16 Hz a 3 × 10 19 Hz), lo que corresponde a energías en el rango de 100 eV a 100 keV. Las longitudes de onda de los rayos X son más cortas que las de los rayos UV y, por lo general, más largas que las de los rayos gamma. La distinción entre rayos X y rayos gamma no es tan simple y ha cambiado en las últimas décadas. Según la definición actualmente válida, los rayos X son emitidos por electrones fuera del núcleo, mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo .
Secciones transversales de fotones totales. Fuente: Wikimedia Commons
A medida que los fotones de alta energía atraviesan el material, su energía disminuye. Esto se conoce como atenuación . La teoría de la atenuación también es válida para rayos X y rayos gamma . Resulta que los fotones de mayor energía (rayos X duros) viajan a través del tejido más fácilmente que los fotones de baja energía (es decir, es menos probable que los fotones de mayor energía interactúen con la materia). Gran parte de este efecto está relacionado con el efecto fotoeléctrico . La probabilidad de absorción fotoeléctrica es aproximadamente proporcional a (Z / E) 3, donde Z es el número atómico del átomo del tejido y E es la energía del fotón. A medida que E crece, la probabilidad de interacción disminuye rápidamente. Para energías más altas, la dispersión de Compton se vuelve dominante. La dispersión de Compton es casi constante para diferentes energías, aunque disminuye lentamente a energías más altas.
Como puede verse, el blindaje eficaz de los rayos X se basa en la mayoría de los casos en el uso de materiales con dos propiedades de material siguientes:
alta densidad de material.
alto número atómico de material (materiales con alto contenido de Z)
Sin embargo, los materiales de baja densidad y los materiales con bajo contenido de Z se pueden compensar con un mayor espesor, que es tan significativo como la densidad y el número atómico en aplicaciones de blindaje.
Un cable se usa ampliamente como escudo de rayos X. La principal ventaja del blindaje de plomo es su compacidad debido a su mayor densidad. Un cable se usa ampliamente como escudo gamma. Por otro lado, el uranio empobrecido es mucho más eficaz debido a su mayor Z. El uranio empobrecido se utiliza para el blindaje en fuentes portátiles de rayos gamma.
En general, el blindaje de rayos X es más complejo y difícil que el blindaje de radiación alfa o beta . Para comprender de manera integral la forma en que un rayo X pierde su energía inicial, cómo puede atenuarse y cómo protegerse, debemos tener un conocimiento detallado de sus mecanismos de interacción.
La capa de valor medio expresa el espesor del material absorbente necesario para reducir la intensidad de la radiación incidente en un factor de dos . Hay dos características principales de la capa de valor medio:
La capa de valor medio disminuye a medida que aumenta el número atómico del absorbente. Por ejemplo, se necesitan 35 m de aire para reducir la intensidad de un haz de rayos X de 100 keV en un factor de dos, mientras que solo 0,12 mm de plomo pueden hacer lo mismo.
La capa de valor medio para todos los materiales aumenta con la energía de los rayos X. Por ejemplo, desde 0,26 cm para hierro a 100 keV hasta aproximadamente 0,64 cm a 200 keV.
Ejemplo:
¿Cuánta filtración de agua necesita si desea reducir la intensidad de un haz de rayos X monoenergético de 100 keV ( haz estrecho ) al 1% de su intensidad incidente? La capa de valor medio para rayos X de 100 keV en agua es 4,15 cm y el coeficiente de atenuación lineal para rayos X de 100 keV en agua es 0,167 cm -1 . El problema es bastante simple y se puede describir con la siguiente ecuación:
Si la capa de valor medio para el agua es 4.15 cm, el coeficiente de atenuación lineal es:Ahora podemos usar la ecuación de atenuación exponencial:
Entonces, el espesor de agua requerido es de aproximadamente 27,58 cm . Este es un espesor relativamente grande y es causado por pequeños números atómicos de hidrógeno y oxígeno. Si calculamos el mismo problema para el plomo (Pb) , obtenemos el espesor x = 0.077 cm .
Tabla de capas de valor medio
Tabla de Capas de Valor Medio (en cm) para diferentes materiales a energías fotónicas de 100, 200 y 500 keV.
Amortiguador
100 keV
200 keV
500 keV
Aire
3555 cm
4359 cm
6189 cm
Agua
4,15 cm
5,1 cm
7,15 cm
Carbón
2,07 centímetros
2,53 cm
3,54 cm
Aluminio
1,59 cm
2,14 cm
3,05 cm
Planchar
0,26 cm
0,64 cm
1,06 cm
Cobre
0,18 cm
0,53 cm
0,95 cm
Dirigir
0,012 cm
0,068 cm
0,42 cm
[/ lgc_column]
References:
Protección de radiación:
Knoll, Glenn F., Detección y medición de radiación, cuarta edición, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
Stabin, Michael G., Protección radiológica y dosimetría: Introducción a la física de la salud, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Física nuclear y de reactores:
JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Stacey, Física de reactores nucleares, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Glasstone, Sesonske. Ingeniería de Reactores Nucleares: Ingeniería de Sistemas de Reactores, Springer; 4a edición, 1994, ISBN: 978-0412985317
WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Prensa de Clarendon; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467
GRKeepin. Física de la cinética nuclear. Addison-Wesley Pub. Co; 1a edición, 1965
Robert Reed Burn, Introducción a la operación de reactores nucleares, 1988.
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Paul Reuss, Física de neutrones. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.
[/ su_spoiler]
[/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Ver también:
Rayos X [/ su_button] [ / lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Blindaje de rayos X , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
La dispersión de rayos X de Compton es el proceso en el que los rayos X rebotan en los electrones y ceden parte de su energía inicial (dada por la fórmula de Planck E = hf). Propiedades del material [/ su_quote]
Dispersión Compton de rayos X
La fórmula de Compton se publicó en 1923 en Physical Review. Compton explicó que el desplazamiento de los rayos X es causado por la cantidad de movimiento de los fotones similar a una partícula . La fórmula de dispersión de Compton es la relación matemática entre el cambio en la longitud de onda y el ángulo de dispersión de los rayos X. En el caso de la dispersión de Compton, el fotón de frecuencia f choca con un electrón en reposo. Tras la colisión, el fotón rebota en el electrón y cede parte de su energía inicial (dada por la fórmula de Planck E = hf). Mientras que el electrón gana impulso (masa x velocidad), el fotón no puede reducir su velocidad.. Como resultado de la ley de conservación del momento, el fotón debe reducir su momento dado por:
En la dispersión de Compton, el fotón de rayos gamma incidente se desvía en un ángulo Θ con respecto a su dirección original. Esta desviación da como resultado una disminución de la energía (disminución de la frecuencia del fotón) del fotón y se denomina efecto Compton. Fuente: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
Entonces, la disminución del impulso del fotón debe traducirse en una disminución de la frecuencia (aumento de la longitud de onda Δ λ = λ '- λ ). El desplazamiento de la longitud de onda aumentó con el ángulo de dispersión según la fórmula de Compton :
& nbsp;
donde λ es la longitud de onda inicial del fotón λ ' es la longitud de onda después de la dispersión, h es la constante de Planck = 6.626 x 10 -34 Js, m e es la masa en reposo del electrón (0.511 MeV) c es la velocidad de la luz Θ es la dispersión ángulo. El cambio mínimo en la longitud de onda ( λ ′ - λ ) para el fotón ocurre cuando Θ = 0 ° (cos (Θ) = 1) y es al menos cero. El cambio máximo en la longitud de onda ( λ ′ - λ) para el fotón ocurre cuando Θ = 180 ° (cos (Θ) = - 1). En este caso, el fotón se transfiere al electrón tanto momento como sea posible. El cambio máximo en la longitud de onda se puede derivar de la fórmula de Compton:
La cantidad h / m e c se conoce como la longitud de onda de Compton del electrón y es igual a 2,43 × 10-12 m .
Interacción de los rayos X con la materia
Aunque se conoce un gran número de posibles interacciones, existen tres mecanismos clave de interacción con la materia. La fuerza de estas interacciones depende de la energía de los rayos X y de la composición elemental del material, pero no mucho de las propiedades químicas, ya que la energía de los fotones de rayos X es mucho mayor que las energías de unión química. La absorción fotoeléctrica domina a bajas energías de los rayos X, mientras que la dispersión de Compton domina a energías más altas.
Absorción fotoeléctrica
Dispersión de Compton
la dispersión de Rayleigh
[/ lgc_column]
References:
Protección de radiación:
Knoll, Glenn F., Detección y medición de radiación, cuarta edición, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
Stabin, Michael G., Protección radiológica y dosimetría: Introducción a la física de la salud, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Física nuclear y de reactores:
JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Stacey, Física de reactores nucleares, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Glasstone, Sesonske. Ingeniería de Reactores Nucleares: Ingeniería de Sistemas de Reactores, Springer; 4a edición, 1994, ISBN: 978-0412985317
WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Prensa de Clarendon; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467
GRKeepin. Física de la cinética nuclear. Addison-Wesley Pub. Co; 1a edición, 1965
Robert Reed Burn, Introducción a la operación de reactores nucleares, 1988.
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Paul Reuss, Física de neutrones. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.
[/ su_spoiler]
[/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Ver también:
Rayos X [/ su_button] [ / lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Dispersión de rayos X de Compton , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
Interacción de los rayos X con la materia. Aunque se conoce un gran número de posibles interacciones, existen tres mecanismos clave de interacción con la materia. Propiedades del material [/ su_quote]
Los rayos X , también conocidos como radiación X , se refieren a la radiación electromagnética (sin masa en reposo, sin carga) de altas energías. Los rayos X son fotones de alta energía con longitudes de onda cortas y, por lo tanto, de muy alta frecuencia. La frecuencia de radiación es un parámetro clave de todos los fotones, porque determina la energía de un fotón. Los fotones se clasifican según las energías, desde las ondas de radio de baja energía y la radiación infrarroja, pasando por la luz visible, hasta los rayos X de alta energía y los rayos gamma .
La mayoría de los rayos X tienen una longitud de onda que varía de 0,01 a 10 nanómetros (3 × 10 16 Hz a 3 × 10 19 Hz), lo que corresponde a energías en el rango de 100 eV a 100 keV. Las longitudes de onda de los rayos X son más cortas que las de los rayos UV y, por lo general, más largas que las de los rayos gamma. La distinción entre rayos X y rayos gamma no es tan simple y ha cambiado en las últimas décadas. Según la definición actualmente válida, los rayos X son emitidos por electrones fuera del núcleo, mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo .
Dado que los rayos X (especialmente los rayos X duros) son en esencia fotones de alta energía, son una materia muy penetrante y, por lo tanto, biológicamente peligrosos. Los rayos X pueden viajar miles de pies en el aire y pueden atravesar fácilmente el cuerpo humano.
Interacción de los rayos X con la materia
Aunque se conoce un gran número de posibles interacciones, existen tres mecanismos clave de interacción con la materia. La fuerza de estas interacciones depende de la energía de los rayos X y de la composición elemental del material, pero no mucho de las propiedades químicas, ya que la energía de los fotones de rayos X es mucho mayor que las energías de unión química. La absorción fotoeléctrica domina a bajas energías de los rayos X, mientras que la dispersión de Compton domina a energías más altas.
Absorción fotoeléctrica
Dispersión de Compton
la dispersión de Rayleigh
Absorción fotoeléctrica de rayos X
Absorción gamma por un átomo. Fuente: laradioactivite.com/
En el efecto fotoeléctrico, un fotón experimenta una interacción con un electrón que está unido a un átomo. En esta interacción, el fotón incidente desaparece por completo y el átomo expulsa un fotoelectrón energético de una de sus capas . La energía cinética del fotoelectrón expulsado (E e ) es igual a la energía del fotón incidente (hν) menos la energía de enlace del fotoelectrón en su capa original (E b ).
E e = hν-E b
Por lo tanto, los fotoelectrones solo son emitidos por el efecto fotoeléctrico si el fotón alcanza o supera un umbral de energía , la energía de enlace del electrón, la función de trabajo del material. Para rayos X muy altos con energías de más de cientos keV, el fotoelectrón se lleva la mayor parte de la energía del fotón incidente - hν.
A valores pequeños de energía de rayos gamma, domina el efecto fotoeléctrico . El mecanismo también se mejora para materiales de alto número atómico Z. No es sencillo derivar la expresión analítica de la probabilidad de absorción fotoeléctrica de rayos gamma por átomo en todos los rangos de energías de rayos gamma. La probabilidad de absorción fotoeléctrica por unidad de masa es aproximadamente proporcional a:
τ (fotoeléctrica) = constante x Z N / E 3.5
donde Z es el número atómico, el exponente n varía entre 4 y 5. E es la energía del fotón incidente. La proporcionalidad a potencias más altas del número atómico Z es la razón principal por la que se utilizan materiales con alto contenido de Z, como el plomo o el uranio empobrecido en los escudos de rayos gamma.
Aunque la probabilidad de absorción fotoeléctrica de fotones disminuye, en general, al aumentar la energía de los fotones, existen discontinuidades marcadas en la curva de sección transversal. Estos se denominan "bordes de absorción".y corresponden a las energías de enlace de los electrones de las capas ligadas de los átomos. Para los fotones con la energía justo por encima del borde, la energía del fotón es suficiente para experimentar la interacción fotoeléctrica con el electrón de la capa unida, digamos K-capa. La probabilidad de tal interacción es mucho mayor justo por encima de este borde que la de los fotones de energía ligeramente por debajo de este borde. Para los fotones por debajo de este borde, la interacción con el electrón de la capa K es energéticamente imposible y, por lo tanto, la probabilidad cae abruptamente. Estos bordes se producen también en las energías de enlace de los electrones de otras capas (L, M, N… ..).
Dispersión Compton de rayos X
La fórmula de Compton se publicó en 1923 en Physical Review. Compton explicó que el desplazamiento de los rayos X es causado por la cantidad de movimiento de los fotones similar a una partícula . La fórmula de dispersión de Compton es la relación matemática entre el cambio en la longitud de onda y el ángulo de dispersión de los rayos X. En el caso de la dispersión de Compton, el fotón de frecuencia f choca con un electrón en reposo. Tras la colisión, el fotón rebota en el electrón, cediendo parte de su energía inicial (dada por la fórmula de Planck E = hf). Mientras que el electrón gana impulso (masa x velocidad), el fotón no puede reducir su velocidad.. Como resultado de la ley de conservación del momento, el fotón debe reducir su momento dado por:
En la dispersión de Compton, el fotón de rayos gamma incidente se desvía en un ángulo Θ con respecto a su dirección original. Esta desviación da como resultado una disminución de la energía (disminución de la frecuencia del fotón) del fotón y se denomina efecto Compton. Fuente: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
Entonces, la disminución del impulso del fotón debe traducirse en una disminución de la frecuencia (aumento de la longitud de onda Δ λ = λ '- λ ). El desplazamiento de la longitud de onda aumentó con el ángulo de dispersión según la fórmula de Compton :
& nbsp;
donde λ es la longitud de onda inicial del fotón λ ' es la longitud de onda después de la dispersión, h es la constante de Planck = 6.626 x 10 -34 Js, m e es la masa en reposo del electrón (0.511 MeV) c es la velocidad de la luz Θ es la dispersión ángulo. El cambio mínimo en la longitud de onda ( λ ′ - λ ) para el fotón ocurre cuando Θ = 0 ° (cos (Θ) = 1) y es al menos cero. El cambio máximo en la longitud de onda ( λ ′ - λ) para el fotón ocurre cuando Θ = 180 ° (cos (Θ) = - 1). En este caso, el fotón se transfiere al electrón tanto momento como sea posible. El cambio máximo en la longitud de onda se puede derivar de la fórmula de Compton:
La cantidad h / m e c se conoce como la longitud de onda de Compton del electrón y es igual a 2,43 × 10-12 m .
Dispersión de Rayleigh - Dispersión de Thomson
La dispersión de Rayleigh , también conocida como dispersión de Thomson, es el límite de baja energía de la dispersión de Compton. La energía cinética de las partículas y la frecuencia de los fotones no cambian como resultado de la dispersión. La dispersión de Rayleigh se produce como resultado de una interacción entre un fotón entrante y un electrón, cuya energía de enlace es significativamente mayor que la del fotón entrante. Se supone que la radiación incidente pone al electrón en una oscilación resonante forzada de modo que el electrón reemite radiación de la misma frecuencia pero en todas las direcciones.. En este caso, el campo eléctrico de la onda incidente (fotón) acelera la partícula cargada, provocando que, a su vez, emita radiación a la misma frecuencia que la onda incidente, y así la onda se dispersa. La dispersión de Rayleigh es significativa hasta ≈ 20keV y, como la dispersión de Thomson, es elástica. La sección transversal de dispersión total se convierte en una combinación de las secciones transversales de dispersión ligada de Rayleigh y Compton. La dispersión de Thomson es un fenómeno importante en la física del plasma y fue explicado por primera vez por el físico JJ Thomson. Esta interacción tiene una gran importancia en el área de la cristalografía de rayos X.
[/ lgc_column]
References:
Protección de radiación:
Knoll, Glenn F., Detección y medición de radiación, cuarta edición, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
Stabin, Michael G., Protección radiológica y dosimetría: Introducción a la física de la salud, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Física nuclear y de reactores:
JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Stacey, Física de reactores nucleares, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Glasstone, Sesonske. Ingeniería de Reactores Nucleares: Ingeniería de Sistemas de Reactores, Springer; 4a edición, 1994, ISBN: 978-0412985317
WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Prensa de Clarendon; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467
GRKeepin. Física de la cinética nuclear. Addison-Wesley Pub. Co; 1a edición, 1965
Robert Reed Burn, Introducción a la operación de reactores nucleares, 1988.
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Paul Reuss, Física de neutrones. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.
[/ su_spoiler]
[/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Ver también:
Rayos X [/ su_button] [ / lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Interacción de los rayos X con la materia , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
El radón es un gas noble de origen natural que presenta riesgos de salud muy importantes para la población. La dosis de radiación anual promedio que recibe una persona de radón es de aproximadamente 2 mSv / año y puede variar en muchos órdenes de magnitud de un lugar a otro. Radón - Efectos sobre la salud - Riesgos para la salud [/ su_quote]
El radón es un gas noble incoloro, inodoro e insípido que se produce de forma natural como producto de la descomposición del radio. Todos los isótopos del radón son radiactivos , pero los dos isótopos del radón radón-222 y radón-220 son muy importantes desde el punto de vista de la protección radiológica.
Fuente: JANIS (software de información de datos nucleares basado en Java); ENDF / B-VII.1
Radón-222 . El isótopo radón-222 es un producto de desintegración natural del isótopo de uranio más estable (uranio-238), por lo que es un miembro de la serie del uranio .
Radón-220 . El isótopo radón-220, comúnmente conocido como torón , es un producto de desintegración natural del isótopo de torio más estable ( torio-232 ), por lo que es un miembro de la serie del torio .
Es importante señalar que el radón es un gas noble , mientras que todos sus productos de descomposición son metales . El principal mecanismo de entrada del radón a la atmósfera es la difusión a través del suelo . Como gas, el radón se difunde a través de las rocas y el suelo. Cuando el radón se desintegra, los isótopos metálicos secundarios son iones que se unirán a otras moléculas como el agua y a las partículas de aerosol en el aire. Por lo tanto, todas las discusiones sobre las concentraciones de radón en el medio ambiente se refieren al radón-222.. Si bien la tasa promedio de producción de radón-220 (torón) es aproximadamente la misma que la del radón-222, la cantidad de radón-220 en el medio ambiente es mucho menor que la del radón-222 debido a su vida media significativamente más corta ( tiene menos tiempo para difundirse) de radón-222 (55 segundos, frente a 3,8 días, respectivamente). Simplemente el radón-220 tiene menos posibilidades de escapar del lecho rocoso.
Radón-222
Serie de uranio: fuente de radón-222.
El radón-222 es un gas producido por la desintegración del radio-226. Ambos son parte de la serie del uranio natural. Dado que el uranio se encuentra en el suelo en todo el mundo en concentraciones variables, también la dosis de radón gaseoso varía en todo el mundo. El radón-222 es el isótopo de radón más importante y estable. Tiene una vida media de solo 3.8 días , lo que hace que el radón sea uno de los elementos más raros ya que se descompone tan rápidamente. Una fuente importante de radiación natural es el gas radón, que se filtra continuamente desde el lecho rocoso pero que, debido a su alta densidad, puede acumularse en casas mal ventiladas. El hecho de que el radón es gasjuega un papel crucial en la expansión de todos sus núcleos hijos. Simplemente el radón es un medio de transporte desde la roca madre a la atmósfera (o dentro de los edificios) para sus productos de descomposición de corta duración ( Pb-210 y Po-210 ), que presentan muchos más riesgos para la salud.
Efectos del radón en la salud
El radón suele ser la mayor fuente natural de radiación que contribuye a la exposición de los miembros del público, y a veces representa la mitad de la exposición total de todas las fuentes. El riesgo para la salud debido a la exposición al radón y al torón proviene principalmente de la inhalación de productos de descomposición de corta duración (Pb-210 y Po-210) y la irradiación de partículas alfa resultante de los bronquios y los pulmones.
Mientras estos isótopos estén fuera del cuerpo, solo la radiación gamma podrá administrar una dosis. Pero el radón es un gas y se difunde del suelo para mezclarse con el aire. La vida media del radón-222 es larga en comparación con el tiempo de residencia del aire en los pulmones, por lo que se produce una desintegración relativamente pequeña del radón durante la respiración. Además, el radón es un gas noble y su inercia evita su retención a largo plazo dentro del cuerpo. Pero cuando el radón se desintegra, los isótopos metálicos hijos ( Pb-210 y Po-210) no son inertes y se adhieren a otras moléculas como el agua y a las partículas de aerosol en el aire. Cuando se inhalan estas partículas, el cuerpo retiene una parte del plomo 210. La ingestión de plomo 210 también es una forma posible. Dado que el plomo-210 es un emisor beta débil, no causa grandes dosis. El plomo-210 es, por tanto, un medio de transporte del aire interior al cuerpo. La radiación del radón y sus productos de desintegración es una mezcla de partículas alfa y beta, así como radiación gamma. Cuando los isótopos entran al cuerpo, contribuyen todos los tipos de radiación.
Pero es el polonio-210 , el producto de desintegración del plomo-210, el que emite una partícula alfa de 5,3 MeV , que proporciona la mayor parte de la dosis equivalente . Las partículas alfa , que pertenecen a la radiación de alta LET , son bastante masivas y tienen una doble carga positiva, por lo que tienden a viajar solo una distancia corta y no penetran mucho en el tejido, si es que penetran. Sin embargo, las partículas alfa depositarán su energía en un volumen más pequeño (posiblemente solo unas pocas células si entran en un cuerpo) y causarán más daño a esas pocas células (más del 80% de la energía absorbida del radón se debe a las partículas alfa). Por lo tanto, el factor de ponderación de la radiación para la radiación alfa es igual a 20. Una dosis absorbida de 1 mGy por partículas alfa dará lugar a una dosis equivalente de 20 mSv. En resumen, el radón y el plomo pueden considerarse diferentes tipos de portadores del polonio 210.
La cantidad de isótopos ingeridos con los alimentos es insignificante y todo lo que preocupa es la respiración y la deposición de radón en los bronquios y los pulmones. Entre los no fumadores, el radón es la principal causa de cáncer de pulmón y, en general, la segunda causa principal. La dosis de radiación anual promedio que recibe una persona de radón es de aproximadamente 2 mSv / año y puede variar en muchos órdenes de magnitud de un lugar a otro. Según un informe de 2003 de la EPA, Evaluación de riesgos del radón en los hogares, la evidencia epidemiológica muestra un vínculo claro entre el cáncer de pulmón y las altas concentraciones de radón.
Cabe destacar que los cigarrillos también contienen polonio 210, procedente de los productos de descomposición del radón, que se adhieren a las hojas de tabaco. El polonio-210 emite una partícula alfa de 5,3 MeV, que proporciona la mayor parte de la dosis equivalente. El tabaquismo intenso produce una dosis de 160 mSv / año en puntos localizados en las bifurcaciones de los bronquios segmentarios en los pulmones debido a la descomposición del polonio 210. Esta dosis no es fácilmente comparable a los límites de protección radiológica , ya que los últimos se refieren a dosis corporales enteras, mientras que la dosis del tabaquismo se administra a una porción muy pequeña del cuerpo.
Radón dentro de las casas
Debe enfatizarse, las concentraciones de radón-222 y radón-220 en el suelo y en los materiales de construcción varían en muchos órdenes de magnitud de un lugar a otro y muestran una variación de tiempo significativa en cualquier sitio dado. Las ubicaciones con un fondo de radón más alto están bien cartografiadas en cada país. Al aire libre, oscila entre 1 y 100 Bq / m3, incluso menos (0,1 Bq / m3) sobre el océano. En cuevas o minas aireadas, o casas mal aireadas, su concentración sube a 20-2.000 Bq / m3. En la atmósfera exterior, también hay cierta advección causada por el viento y cambios en la presión barométrica.
El gas radón puede penetrar en la casa a través de grietas (por efecto chimenea) en el piso y paredes del sótano. Fuente: suro.cz
Los problemas con el radón se encuentran en las casas, donde se puede acumular especialmente, debido a su alta densidad, en áreas bajas como sótanos y espacios angostos . Radóntambién puede ocurrir en aguas subterráneas, por ejemplo, en algunas aguas termales y manantiales. Existen varias posibilidades para la liberación de radón en las casas. El hecho de que el radón sea un gas noble juega un papel crucial en la propagación de todos sus núcleos hijos. Simplemente el radón es un medio de transporte desde el lecho de roca a la atmósfera (o dentro de los edificios) para sus productos de descomposición de corta duración (Pb-210 y Po-210), que presentan muchos más riesgos para la salud. Las fuentes principales son la roca o el suelo sobre el que se construye la casa, así como el suministro de agua. El principal mecanismo para la entrada de radón en los edificios es la difusión a través del suelo . Como gas, el radón se difunde a través de las rocas y el suelo. El gas radón puede penetrar en la casa a través de las grietas.(por efecto chimenea) en suelo y paredes del sótano. El calentamiento del aire crea una succión de aire desde la parte inferior de la casa hacia la parte superior de la casa. Sin ninguna membrana de radón, esto en realidad significa que el aire del suelo debajo de la casa es aspirado hacia la casa a través de numerosas grietas y aberturas en el piso .
Además, los materiales de construcción (por ejemplo, algunos granitos) también son una fuente de radón. Otra fuente de radón es el suministro de agua. El agua de los pozos, en particular en las regiones con granito rico en radio, puede contener altas concentraciones de radón. Este es un material con concentraciones más altas de uranio / radio a partir del cual se genera radón continuamente. Dichos materiales, por ejemplo, escoria, cenizas volantes, etc., podrían usarse en algunos lugares. Para los materiales de construcción que se utilizan para la construcción de viviendas, se deben determinar los límites críticos para las concentraciones específicas de radio.
El mayor riesgo de exposición al radón surge en edificios herméticos, con ventilación insuficiente y con fugas en los cimientos que permiten que el aire del suelo entre en sótanos y habitaciones. El nivel de radón interior varía considerablemente con el clima, la época del año e incluso la hora del día y, por supuesto, con el sistema de ventilación. Por ejemplo, dormir con una ventana abierta puede reducir considerablemente el contenido de radón.
La mayoría de los países han adoptado una concentración de radón de 200 a 400 Bq / m 3 para el aire interior como nivel de acción o de referencia. Si las pruebas muestran niveles inferiores a 4 picocuries de radón por litro de aire (150 Bq / m 3 ), no es necesario realizar ninguna acción. Se han encontrado concentraciones de radón muy elevadas (> 1000 Bq / m 3 ) en viviendas construidas sobre suelos con un alto contenido de uranio y / o alta permeabilidad del suelo.
Mitigación del radón
La mitigación del radón en el aire se logra a través de la ventilación , ya sea recolectada debajo de una losa de piso de concreto o una membrana en el suelo, o aumentando los cambios de aire por hora en el edificio. Las membranas resistentes al radón generalmente se producen a partir de polietileno de baja densidad (LDPE) y se extienden por todo el edificio, incluidos el piso y las paredes. Otra forma de mitigar el radón es un sistema de tratamiento que utiliza aireación o carbón activado para eliminar el radón de los suministros de agua domésticos.
Propiedades del radón
El radón es un elemento químico con número atómico 86, lo que significa que hay 86 protones y 86 electrones en la estructura atómica. El símbolo químico del radón es Rn .
El radón es un gas noble radiactivo, incoloro, inodoro e insípido. El radón se produce naturalmente como un paso intermedio en las cadenas normales de desintegración radiactiva a través de las cuales el torio y el uranio se desintegran lentamente en plomo.
Radón - Propiedades
Elemento
Radón
Número atómico
86
Símbolo
Rn
Categoría de elemento
Gas noble
Fase en STP
Gas
Masa atómica [amu]
222
Densidad en STP [g / cm3]
9,73
Configuración electronica
[Hg] 6p6
Posibles estados de oxidación
0
Afinidad electrónica [kJ / mol]
-
Electronegatividad [escala de Pauling]
-
Primera energía de ionización [eV]
10.7485
Año del descubrimiento
1900
Descubridor
Dorn, Friedrich Ernst
Propiedades termales
Punto de fusión [escala Celsius]
-71
Punto de ebullición [escala Celsius]
-61,8
Conductividad térmica [W / m K]
0,00361
Calor específico [J / g K]
0,09
Calor de fusión [kJ / mol]
2,89
Calor de vaporización [kJ / mol]
16,4
Masa atómica del radón
La masa atómica del radón es 222 u.
Tenga en cuenta que, cada elemento puede contener más isótopos, por lo tanto, esta masa atómica resultante se calcula a partir de los isótopos naturales y su abundancia.
La unidad de medida de la masa es la unidad de masa atómica (uma) . Una unidad de masa atómica equivale a 1,66 x 10-24 gramos. Una unidad de masa atómica unificada es aproximadamente la masa de un nucleón (ya sea un solo protón o un neutrón) y es numéricamente equivalente a 1 g / mol.
Densidad del radón
La densidad del radón es de 9,73 g / cm 3 .
Densidades típicas de diversas sustancias a presión atmosférica.
La densidad se define como la masa por unidad de volumen . Es una propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:
ρ = m / V
En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es kilogramos por metro cúbico ( kg / m 3 ). La unidad de inglés estándar es libras de masa por pie cúbico ( lbm / ft 3 ).
Radón: calor específico, calor latente de fusión, calor latente de vaporización
El calor específico de radón es 0,09 J / g K .
El calor latente de fusión del radón es 2,89 kJ / mol .
El calor latente de vaporización del radón es 16,4 kJ / mol .
[/ su_spoiler]
[/ lgc_column]
References:
Protección de radiación:
Knoll, Glenn F., Detección y medición de radiación, cuarta edición, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
Stabin, Michael G., Protección radiológica y dosimetría: Introducción a la física de la salud, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Física nuclear y de reactores:
JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Stacey, Física de reactores nucleares, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Glasstone, Sesonske. Ingeniería de Reactores Nucleares: Ingeniería de Sistemas de Reactores, Springer; 4a edición, 1994, ISBN: 978-0412985317
WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Prensa de Clarendon; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467
GRKeepin. Física de la cinética nuclear. Addison-Wesley Pub. Co; 1a edición, 1965
Robert Reed Burn, Introducción a la operación de reactores nucleares, 1988.
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Paul Reuss, Física de neutrones. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.
[/ su_spoiler] [/ lgc_column]
[ / lgc_column]
Ver también:
Fuentes [/ su_button] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Radón - Efectos sobre la salud - Riesgos para la salud , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
La radiación cósmica se refiere a fuentes de radiación en forma de rayos cósmicos que provienen del Sol o del espacio exterior. La radiación cósmica primaria consiste en una mezcla de protones de alta energía (~ 87%), partículas alfa (~ 11%), electrones de alta energía (~ 1%) y un rastro de núcleos más pesados (~ 1%). Propiedades del material [/ su_quote]
Radiación cósmica
Fuente: nasa.gov Licencia: Dominio público
La radiación cósmica se refiere a fuentes de radiación en forma de rayos cósmicos que provienen del Sol o del espacio exterior. La tierra siempre ha sido bombardeada por partículas de alta energía originadas en el espacio exterior que generan lluvias de partículas secundarias en la atmósfera inferior. Las partículas cargadas (especialmente los protones de alta energía) del sol y el espacio exterior interactúan con la atmósfera y el campo magnético de la tierra para producir una lluvia de radiación (es decir, una lluvia de aire), típicamente radiación beta y gamma . Si vive en elevaciones más altas o es un pasajero frecuente de una aerolínea, esta exposición puede ser significativamente mayor, ya que la atmósfera es más delgada aquí. Los efectos del campo magnético terrestre.también determina la dosis de radiación cósmica .
A nivel del suelo, los muones , con energías en su mayoría entre 1 y 20 GeV, contribuyen alrededor del 75% de la tasa de dosis absorbida en el aire libre. El resto proviene de electrones producidos por los muones o presentes en la cascada electromagnética. La dosis anual de rayos cósmicos al nivel del mar es de alrededor de 0,27 mSv (27 mrem).
Composición de la radiación cósmica
La radiación cósmica primaria consiste en una mezcla de protones de alta energía (~ 87%), partículas alfa (~ 11%), electrones de alta energía (~ 1%) y un rastro de núcleos más pesados (~ 1%). La energía de estas partículas varía entre 10 8 eV y 10 20 eV. Una fracción muy pequeña son partículas estables de antimateria , como positrones o antiprotones . La naturaleza precisa de esta fracción restante es un área de investigación activa.
Posteriormente, se produce una gran cantidad de partículas secundarias , en particular, neutrones y piones cargados como resultado de las interacciones entre las partículas primarias y la atmósfera terrestre. Dado que los piones son partículas subatómicas de vida corta, la posterior desintegración de los piones da como resultado la producción de muones de alta energía . A nivel del suelo, los muones , con energías en su mayoría entre 1 y 20 GeV, contribuyen alrededor del 75% de la tasa de dosis absorbida en el aire libre. La tasa de dosis de la radiación cósmica varía en diferentes partes del mundo y depende en gran medida del campo geomagnético , la altitud y el ciclo solar.. La tasa de dosis de radiación cósmica en los aviones es tan alta que, según el Informe UNSCEAR 2000 de las Naciones Unidas, los trabajadores de la tripulación de vuelo de las aerolíneas reciben más dosis en promedio que cualquier otro trabajador, incluidos los de las plantas de energía nuclear.
También tenemos que incluir los neutrones a nivel del suelo. Los rayos cósmicos interactúan con los núcleos de la atmósfera y también producen neutrones de alta energía . Según UNSCEAR, la fluidez de los neutrones es de 0,0123 cm -2 s -1 al nivel del mar para una latitud geomagnética de 45 N. Según esto, la dosis anual efectiva de neutrones a nivel del mar y a 50 grados de latitud se estima en 0,08 mSv. (8 mrem). Cabe destacar que en las proximidades de objetos más grandes y pesados, por ejemplo, edificios o barcos, el flujo de neutrones mide más alto. Este efecto se conoce como "firma de neutrones inducida por rayos cósmicos" o " efecto de nave"como se detectó por primera vez con barcos en el mar. Los rayos cósmicos crean lluvias en la atmósfera que incluyen un amplio espectro de neutrones secundarios, muones y protones. Los neutrones secundarios pueden ser de muy alta energía y pueden inducir eventos de espalación en materiales en tierra Por lo tanto, en la vecindad de objetos más grandes y pesados, estos múltiples neutrones producidos en eventos de espalación se denominan neutrones de "efecto barco" .
Los neutrones producidos en la atmósfera superior también son responsables de la generación de carbono-14 radiactivo, que es el radionúclido cosmogénico más conocido. El carbono 14 se forma continuamente en la atmósfera superior por la interacción de los rayos cósmicos con el nitrógeno atmosférico. En promedio, solo uno de cada 1.3 x 10 12átomos de carbono en la atmósfera es un átomo de carbono-14 radiactivo. Como resultado, todas las sustancias biológicas vivas contienen la misma cantidad de C-14 por gramo de carbono, es decir, 0,3 Bq de actividad de carbono 14 por gramo de carbono. Mientras el sistema biológico esté vivo, el nivel es constante debido a la ingesta constante de todos los isótopos de carbono. Cuando el sistema biológico muere, deja de intercambiar carbono con su entorno y, a partir de ese momento, la cantidad de carbono 14 que contiene comienza a disminuir a medida que el carbono 14 sufre desintegración radiactiva.
Energía de los rayos cósmicos
Se ha observado que las energías de los rayos cósmicos de energía ultra alta (UHECR) más energéticos se acercan a 3 x 10 20 eV, aproximadamente 40 millones de veces la energía de las partículas aceleradas por el Gran Colisionador de Hadrones. El origen de las partículas de alta energía es del espacio exterior. Se supone que las partículas con una energía de hasta aproximadamente 10 15 eV provienen de nuestra propia galaxia, mientras que aquellas con las energías más altas probablemente tienen un origen extragaláctico.
Clasificación de la radiación cósmica
La radiación cósmica se puede dividir en diferentes tipos según su origen. Hay tres fuentes principales de dicha radiación:
Radiación solar cósmica . La radiación cósmica solar se refiere a fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía (predominantemente protones) emitidas por el sol, principalmente en eventos de partículas solares (SPEs).
Radiación Cósmica Galáctica . La radiación cósmica galáctica, GCR, se refiere a fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía que se originan fuera del sistema solar, pero generalmente dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Radiación de los cinturones de radiación de la Tierra (cinturones de van Allen ). Los cinturones de radiación de Van Allen son zonas de partículas de alta energía (especialmente protones) atrapadas por el campo magnético terrestre.
Radiación cósmica galáctica
Radiación cósmica galáctica , GCR, se refiere a fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía que se originan fuera del sistema solar. Los GCR son núcleos de alta energía de los que se han eliminado todos los electrones circundantes durante su paso a alta velocidad a través de la galaxia. El GCR incidente en la atmósfera superior consta de un componente nucleónico, cuyo agregado representa el 98% del total (el 2% son electrones). El componente nucleónico consiste en una mezcla de protones de alta energía (~ 86%), partículas alfa (~ 12%) y un rastro de núcleos más pesados (~ 1%). Los GCR están atrapados por el campo magnético galáctico, por lo que probablemente se han acelerado en los últimos millones de años y han viajado muchas veces a través de la galaxia. Su mecanismo de aceleración es incierto, pero uno de los posibles mecanismos es que la partícula sea acelerada por ondas de choque que se expanden desde las supernovas. La energía de estas partículas oscila entre 108 eV y 10 20 eV. Una fracción muy pequeña son partículas estables de antimateria, como positrones o antiprotones.
La naturaleza precisa de esta fracción restante es un área de investigación activa. La tasa de fluencia de GCR varía con la actividad solar, siendo menor cuando la actividad solar es mayor. En mínimos solares, debido al menor blindaje del campo magnético solar, la fluencia es significativamente mayor que en el máximo solar.
Radiación solar cósmica - Evento de partículas solares
La radiación cósmica solar se refiere a fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía (predominantemente protones) emitidas por el Sol , principalmente en eventos de partículas solares (SPEs). La radiación solar incidente en la atmósfera superior consiste principalmente en protones (99%), con energías generalmente por debajo de 100 MeV. Los eventos de partículas solares, por ejemplo, ocurren cuando los protones emitidos por el Sol se aceleran cerca del Sol durante una llamarada o en el espacio interplanetario por choques de eyección de masa coronal. Tenga en cuenta que el Sol tiene un ciclo de 11 años, que culmina con un aumento dramático en el número y la intensidad de las erupciones solares, especialmente durante los períodos en los que hay numerosas manchas solares.
La radiación solar es un peligro de radiación significativo para las naves espaciales y los astronautas, también produce tasas de dosis significativas a grandes altitudes, pero solo la radiación más energética contribuye a las dosis a nivel del suelo. Tenga en cuenta que cualquiera que hubiera estado en la superficie de la Luna durante una erupción solar particularmente violenta en 2005 habría recibido una dosis letal .
Radiación de los cinturones de radiación de la Tierra - cinturones de Van Allen
Fuente: nasa.gov Licencia: Dominio público
Los cinturones de radiación de Van Allen son zonas de partículas de alta energía (especialmente protones) atrapadas por el campo magnético terrestre . La mayoría de estas partículas de alta energía se originan en el viento solar, que fueron capturadas y retenidas alrededor de un planeta por el campo magnético de esa tierra. El cinturón de van Allen se forma como un toro sobre el ecuador. Hay dos cinturones de radiación de van Allen, un cinturón interno está centrado a unos 3.000 kilómetros y un cinturón exterior está centrado a unos 22.000 kilómetros de la superficie de la tierra. Contiene principalmente protones energéticos en el rango de 10-100 MeV.
Las naves que viajan más allá de la órbita terrestre baja entran en la zona de radiación de los cinturones de Van Allen. Más allá de los cinturones, enfrentan peligros adicionales de rayos cósmicos y eventos de partículas solares. Una región entre los cinturones de Van Allen interior y exterior se encuentra entre dos y cuatro radios terrestres y, a veces, se la denomina "zona segura".
Tasa de dosis en avión - Radiación en vuelo
La exposición a la radiación cósmica aumenta rápidamente con la altitud. En vuelo hay dos fuentes principales de radiación natural a considerar: Rayos Cósmicos Galácticos que siempre están presentes, y Eventos de Protones Solares, a veces llamados eventos de Rayos Cósmicos Solares (SCR), que ocurren esporádicamente. La tasa de dosis de la radiación cósmica varía en diferentes partes del mundo y depende en gran medida del campo geomagnético, la altitud y el ciclo solar. El campo de radiación en las altitudes de los aviones está formado por neutrones, protones y piones. En vuelo, los neutrones aportan entre el 40 y el 80% de la dosis equivalente., dependiendo del campo geomagnético, la altitud y el ciclo solar. La tasa de dosis de radiación cósmica en los aviones es tan alta (pero no peligrosa) que, según el Informe UNSCEAR 2000 de las Naciones Unidas, los trabajadores de la tripulación de vuelo de las aerolíneas reciben más dosis en promedio que cualquier otro trabajador, incluidos los de las plantas de energía nuclear.
La tasa de dosis a nivel del suelo es en promedio de aproximadamente 0,10 μSv / h, pero a la altitud máxima de vuelo (8,8 km o 29 000 pies) puede alcanzar unos 2,0 μSv / h (o incluso valores más altos). Puede utilizarse una tasa de dosis de 4 μSv / h para representar la tasa de dosis promedio para todos los vuelos de larga distancia (debido a altitudes más elevadas). Debe agregarse, para aviones supersónicos como el Concorde, que podrían realizar un vuelo transatlántico en 3.5 horas, la tasa de exposición (alrededor de 9 μSv / h ) a su altitud de 18 km se incrementó lo suficiente como para resultar en la misma exposición a rayos cósmicos por cruce como para los jets convencionales que avanzan lentamente a unos 8 km.
Blindaje de Radiación Cósmica
Representación de un artista de la estructura de una magnetosfera: 1) Choque de arco. 2) Magnetosheath. 3) Magnetopausia. 4) Magnetosfera. 5) Lóbulo de la cola norte. 6) Lóbulo sur de la cola. 7) Plasmasfera. Fuente: nasa.gov Licencia: Dominio público
El campo magnético de la Tierra proporciona un escudo de radiación vital de radiación cósmica. Además de una atmósfera protectora, también tenemos la suerte de que la Tierra tenga un campo magnético. El campo magnético se extiende varias decenas de miles de kilómetros en el espacio, protegiendo a la Tierra de las partículas cargadas del viento solar y los rayos cósmicos que de otro modo despojarían la atmósfera superior, incluida la capa de ozono que protege a la Tierra de la dañina radiación ultravioleta. Nos protege de los efectos completos del viento solar y GCR. Sin esta protección, la biosfera de la Tierra podría no existir como lo hace hoy, o al menos estaría limitada al subsuelo. El campo magnético de la Tierra proporciona también un escudo de radiación para los astronautas y la propia ISS, porque se encuentra en una órbita terrestre baja.
Los cálculos de la pérdida de dióxido de carbono de la atmósfera de Marte, resultante de la captación de iones por el viento solar, indican que la disipación del campo magnético de Marte provocó una pérdida casi total de su atmósfera.
Radiación cósmica: ¿es peligrosa?
Debemos enfatizar, comer plátanos, trabajar como tripulación de vuelo de una aerolínea o vivir en lugares con, aumenta su tasa de dosis anual. Pero no significa que deba ser peligroso. En cada caso, la intensidad de la radiación también importa. Es muy similar al calor de un fuego (radiación menos energética). Si está demasiado cerca, la intensidad de la radiación de calor es alta y puede quemarse. Si estás a la distancia adecuada podrás aguantar allí sin problemas y además es cómodo. Si está demasiado lejos de la fuente de calor, la insuficiencia de calor también puede dañarlo. Esta analogía, en cierto sentido, se puede aplicar a la radiación también de fuentes de radiación.
Supuestos alternativos para la extrapolación del riesgo de cáncer frente a la dosis de radiación a niveles de dosis baja, dado un riesgo conocido a una dosis alta: modelo LNT y modelo de hormesis.
En el caso de la radiación de los rayos cósmicos , estamos hablando de las llamadas “dosis bajas” . Dosis baja aquí significa pequeñas dosis adicionales comparables a la radiación de fondo normal ( 10 µSv = dosis diaria promedio recibida del fondo natural). Las dosis son muy bajas y, por tanto, la probabilidad de inducción de cáncer podría ser casi insignificante. En segundo lugar, y esto es fundamental, aún debe descubrirse la verdad sobre los efectos en la salud de las radiaciones de dosis baja. No se sabe exactamente si estas bajas dosis de radiación son perjudiciales o beneficiosas (y dónde está el umbral). Los organismos gubernamentales y reguladores asumen un modelo LNT en lugar de un umbral u hormesisno porque sea científicamente más convincente, sino porque es la estimación más conservadora . El problema de este modelo es que ignora una serie de procesos biológicos de defensa que pueden ser cruciales en dosis bajas . La investigación durante las últimas dos décadas es muy interesante y muestra que pequeñas dosis de radiación administradas a una tasa de dosis baja estimulan los mecanismos de defensa . Por lo tanto, el modelo LNT no se acepta universalmente y algunos proponen una relación adaptativa dosis-respuesta en la que las dosis bajas son protectoras y las dosis altas son perjudiciales. Muchos estudios han contradicho el modelo LNT y muchos de ellos han mostrado una respuesta adaptativa a dosis bajas de radiación que resultan en mutaciones y cánceres reducidos. Este fenómeno se conoce comoHormesis por radiación .
[/ lgc_column]
References:
Protección de radiación:
Knoll, Glenn F., Detección y medición de radiación, cuarta edición, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
Stabin, Michael G., Protección radiológica y dosimetría: Introducción a la física de la salud, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Física nuclear y de reactores:
JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Stacey, Física de reactores nucleares, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Glasstone, Sesonske. Ingeniería de Reactores Nucleares: Ingeniería de Sistemas de Reactores, Springer; 4a edición, 1994, ISBN: 978-0412985317
WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Prensa de Clarendon; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467
GRKeepin. Física de la cinética nuclear. Addison-Wesley Pub. Co; 1a edición, 1965
Robert Reed Burn, Introducción a la operación de reactores nucleares, 1988.
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Paul Reuss, Física de neutrones. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.
[/ su_spoiler]
[/ lgc_column]
[ / lgc_column]
Ver también:
Fuentes [/ su_button] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Radiación cósmica - Rayo cósmico , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
La contaminación radiactiva se conoce como la presencia de sustancias radiactivas no deseadas en superficies, o dentro de sólidos (incluido el cuerpo humano), líquidos o gases, donde su presencia es involuntaria o indeseable. Propiedades del material [/ su_quote]
La contaminación radiactiva consiste en material radiactivo que genera radiación ionizante. Es la fuente de radiación, no la radiación en sí misma.
Por lo general, se hace referencia a la contaminación como la presencia de un constituyente no deseado, una sustancia dañina o una impureza en un lugar (material, cuerpo físico, entorno natural, lugar de trabajo) donde no se pretende ni se desea. La contaminación tiene un significado mucho más general, ya que se puede definir en disciplinas como la química, la protección del medio ambiente, la protección radiológica o la agricultura.
La contaminación radiactiva se conoce como la presencia de sustancias radiactivas no deseadas en superficies, o dentro de sólidos (incluido el cuerpo humano), líquidos o gases, donde su presencia es involuntaria o indeseable. La contaminación radiactiva consiste en átomos radiactivos (material) que han escapado del sistema o estructura que normalmente los contendría. Dado que la contaminación radiactiva es material radiactivo, la contaminación emite radiación ionizante. Es muy importante qué material (qué radioisótopo) es el contaminante radiactivo. También es muy importante distinguir entre la contaminación radiactiva y la propia radiación .
Contaminación versus radiación
La contaminación radiactiva consiste en material radiactivo que genera radiación ionizante. Es la fuente de radiación, no la radiación en sí. Siempre que el material radiactivo no esté en un contenedor de fuente radiactiva sellado y pueda esparcirse sobre otros objetos, existe la posibilidad de contaminación radiactiva. La contaminación radiactiva puede caracterizarse por los siguientes puntos:
La contaminación radiactiva consiste en material radiactivo (contaminantes), que puede ser sólido, líquido o gaseoso. Los contaminantes grandes pueden incluso ser visibles, pero no se puede ver la radiación producida.
Cuando se liberan, los contaminantes pueden propagarse por aire, agua o simplemente por contacto mecánico.
No podemos proteger la contaminación.
Podemos mitigar la contaminación protegiendo la integridad de las barreras (contenedor de origen, revestimiento de combustible, vasija del reactor , edificio de contención )
Dado que los contaminantes interactúan químicamente, pueden estar contenidos dentro de objetos como el cuerpo humano.
Podemos deshacernos de la contaminación por muchos procesos mecánicos, químicos (descontaminar superficies) o biológicos ( vida media biológica ).
Es de suma importancia qué material es el contaminante radiactivo ( vida media , modo de desintegración, energía).
La radiación ionizante está formada por partículas de alta energía ( fotones , electrones , etc. ), que pueden penetrar la materia e ionizar (para formar iones perdiendo electrones) los átomos objetivo para formar iones. La exposición a la radiación es consecuencia de la presencia cercana a la fuente de radiación. La exposición a la radiación como una cantidad se define como una medida de la ionización del material debido a la radiación ionizante. El peligro de la radiación ionizante radica en el hecho de que la radiación es invisible.y no detectable directamente por los sentidos humanos. Las personas no pueden ver ni sentir la radiación, pero deposita energía en las moléculas del cuerpo. La energía se transfiere en pequeñas cantidades por cada interacción entre la radiación y una molécula y, por lo general, hay muchas de estas interacciones. A diferencia de la contaminación radiactiva, la radiación se puede caracterizar por los siguientes puntos:
La radiación consiste en partículas de alta energía que pueden penetrar la materia e ionizar (para formar iones perdiendo electrones) los átomos objetivo. La radiación es invisible y no detectable directamente por los sentidos humanos. Cabe señalar que la radiación beta es indirectamente visible debido a la radiación de Cherenkov .
A diferencia de la contaminación, la radiación no puede propagarse por ningún medio. Viaja a través de los materiales hasta que pierde su energía. Podemos proteger la radiación (por ejemplo, colocándonos a la vuelta de la esquina).
La exposición a la ionización no significa necesariamente que el objeto se vuelve radiactivo (excepto una radiación de neutrones muy rara).
La radiación puede atravesar las barreras, pero una barrera suficientemente gruesa puede minimizar todos los efectos.
A diferencia de los contaminantes, la radiación no puede interactuar químicamente con la materia y no puede unirse al interior del cuerpo.
No es importante qué material es la fuente de cierta radiación. Solo importa el tipo de radiación y energía.
Hay una característica común, la radiación natural y los contaminantes naturales nos rodean . En, alrededor y por encima del mundo en el que vivimos. Es una fuerza de energía natural que nos rodea. Es una parte de nuestro mundo natural que ha estado aquí desde el nacimiento de nuestro planeta. Todas las criaturas vivientes, desde el principio de los tiempos, han estado y siguen estando expuestas a radiaciones ionizantes . La radiación de fondo natural es una radiación ionizante que se origina a partir de una variedad de fuentes naturales. Todas las criaturas vivientes, desde el principio de los tiempos, han estado y siguen estando expuestas a radiaciones ionizantes.. Esta radiación no está asociada con ninguna actividad humana. Hay isótopos radiactivos en nuestros cuerpos, casas, aire, agua y en el suelo. Todos también estamos expuestos a la radiación del espacio exterior.
Tipos de contaminación
Los materiales radiactivos pueden existir en superficies o en volúmenes de material o aire, y se utilizan técnicas especializadas para medir los niveles de contaminación mediante la detección de la radiación emitida. Podemos distinguir entre los siguientes tipos de contaminación:
Contaminación superficial
La contaminación de la superficie significa que se ha depositado material radiactivo en superficies (como paredes, pisos). Puede depositarse de forma suelta, como el polvo ordinario, o puede fijarse con bastante firmeza mediante una reacción química. Esta distinción es importante y clasificamos la contaminación de la superficie en función de la facilidad con la que se puede eliminar:
Contaminación libre . En el caso de contaminación libre (o contaminación suelta), el material radiactivo puede esparcirse. Esta es la contaminación de la superficie que se puede eliminar fácilmente con métodos simples de descontaminación. Por ejemplo, si las partículas de polvo que contienen varios radioisótopos caen sobre la piel o la ropa de la persona, podemos limpiarla o quitarle la ropa. Una vez que una persona ha sido descontaminada, se eliminan todas las fuentes de radiactividad particulada y la persona ya no está contaminada. La contaminación libre también es un peligro más serio que la contaminación fija, porque las partículas de polvo pueden transportarse por el aire y pueden ser fácilmente ingeridas. Esto conduce a una exposición interna por contaminantes radiactivos. Aunque casi todos los contaminantes son beta radiactivos y los acompañanemisión gamma , pero también existe la posibilidad de contaminación alfa en cualquier área de manipulación de combustible nuclear.
Contaminación fija . En el caso de contaminación fija, el material radiactivo no se puede esparcir, ya que está unido química o mecánicamente a las estructuras. No se puede quitar con los métodos de limpieza normales. La contaminación fija es un peligro menos grave que la contaminación libre, no se puede volver a suspender ni transferir a la piel. Por lo tanto, el peligro suele ser solo externo. Por otro lado, depende del nivel de contaminación. Aunque casi todos los contaminantes son radiactivos beta con emisión gamma acompañante, pero también existe la posibilidad de contaminación alfa en cualquier área de manipulación de combustible nuclear. A menos que el nivel de contaminación sea muy severo, la tasa de dosis de radiación gamma será pequeña y la exposición externa será significativa solo en contacto o muy cerca de las superficies contaminadas. Dado que las partículas beta son menos penetrantes que los rayos gamma , la tasa de dosis beta solo puede ser alta al contacto. Un valor de 1 mSv / h en contacto para un nivel de contaminación de 400 - 500 Bq / cm 2 es bastante representativo.
Cálculo de la tasa de dosis protegida en Sieverts a partir de una superficie contaminada
Suponga una superficie que está contaminada por 1.0 Ci de 137 Cs . Suponga que este contaminante puede aproximarse a la fuente isotrópica puntual que contiene 1.0 Ci de 137 Cs , que tiene una vida media de 30.2 años . Tenga en cuenta que a continuación se muestra la relación entre la vida media y la cantidad de radionúclido necesaria para dar una actividad de un curio . Esta cantidad de material se puede calcular usando λ, que es la constante de desintegración de cierto nucleido:
Aproximadamente el 94,6 por ciento se desintegra por emisión beta a un isómero nuclear metaestable de bario: bario-137m. El pico de fotones principal de Ba-137m es 662 keV . Para este cálculo, suponga que todas las desintegraciones pasan por este canal.
Calcule la tasa de dosis de fotones primarios , en sieverts por hora (Sv.h -1 ), en la superficie exterior de un escudo de plomo de 5 cm de espesor. Luego calcule las tasas de dosis equivalentes y efectivas para dos casos.
Suponga que este campo de radiación externa penetra uniformemente a través de todo el cuerpo. Eso significa: Calcule la tasa de dosis efectiva para todo el cuerpo .
Suponga que este campo de radiación externa penetra solo en los pulmones y que los otros órganos están completamente protegidos. Eso significa: Calcule la tasa de dosis efectiva .
Tenga en cuenta que la tasa de dosis de fotones primarios ignora todas las partículas secundarias. Suponga que la distancia efectiva de la fuente al punto de dosis es de 10 cm . También asumiremos que el punto de dosis es tejido blando y puede ser simulado razonablemente por agua y usamos el coeficiente de absorción de energía de masa para el agua.
La tasa de dosis de fotones primarios se atenúa exponencialmente , y la tasa de dosis de fotones primarios, teniendo en cuenta el escudo, viene dada por:
Como puede verse, no tenemos en cuenta la acumulación de radiación secundaria. Si se producen partículas secundarias o si la radiación primaria cambia su energía o dirección, entonces la atenuación efectiva será mucho menor. Este supuesto generalmente subestima la tasa de dosis real, especialmente para escudos gruesos y cuando el punto de dosis está cerca de la superficie del escudo, pero este supuesto simplifica todos los cálculos. Para este caso, la tasa de dosis real (con la acumulación de radiación secundaria) será más de dos veces mayor.
Para calcular la tasa de dosis absorbida , tenemos que usar en la fórmula:
k = 5,76 x 10 -7
S = 3,7 x 10 10 s -1
E = 0,662 MeV
μ t / ρ = 0.0326 cm 2 / g (los valores están disponibles en NIST)
μ = 1.289 cm -1 (los valores están disponibles en NIST)
D = 5 cm
r = 10 cm
Resultado:
La tasa de dosis absorbida resultante en grises por hora es entonces:
1) Irradiación uniforme
Dado que el factor de ponderación de la radiación para los rayos gamma es igual a uno y hemos asumido el campo de radiación uniforme (el factor de ponderación del tejido también es igual a la unidad), podemos calcular directamente la tasa de dosis equivalente y la tasa de dosis efectiva (E = H T ) a partir de la tasa de dosis absorbida como:
2) Irradiación parcial
En este caso asumimos una irradiación parcial de los pulmones solamente. Por tanto, tenemos que utilizar el factor de ponderación del tejido , que es igual a w T = 0,12 . El factor de ponderación de la radiación para los rayos gamma es igual a uno. Como resultado, podemos calcular la tasa de dosis efectiva como:
Tenga en cuenta que, si una parte del cuerpo (por ejemplo, los pulmones) recibe una dosis de radiación, representa un riesgo de un efecto particularmente dañino (por ejemplo, cáncer de pulmón). Si se administra la misma dosis a otro órgano, representa un factor de riesgo diferente.
Si queremos tener en cuenta la acumulación de radiación secundaria, tenemos que incluir el factor de acumulación. La fórmula ampliada para la tasa de dosis es entonces:
& nbsp;
--------
[/ su_spoiler]
Contaminación aérea
Este tipo de contaminación es de especial importancia en las centrales nucleares , donde debe ser monitoreada. Los contaminantes pueden transportarse por el aire, especialmente durante la extracción del cabezal superior del reactor, el reabastecimiento de combustible del reactor y durante las manipulaciones dentro de la piscina de combustible gastado. El aire puede estar contaminado con isótopos radiactivos, especialmente en forma de partículas, lo que representa un peligro particular de inhalación . Esta contaminación consiste en varios productos de fisión y activación que ingresan al aire en forma de gas, vapor o partículas. Hay cuatro tipos de contaminación del aire en las plantas de energía nuclear, a saber:
Partículas . La actividad de partículas es un peligro interno, porque puede inhalarse. El material particulado transportable que ingresa al sistema respiratorio ingresará al torrente sanguíneo y será transportado a todas las partes del cuerpo. Las partículas no transportables permanecerán en los pulmones con una cierta vida media biológica. Por ejemplo, Sr-90, Ra-226 y Pu-239 son radionucleidos conocidos como radionucleidos que buscan hueso. Estos radionucleidos tienen una vida media biológica prolongada y son peligros internos graves. Una vez depositados en el hueso, permanecen allí esencialmente sin cambios durante la vida del individuo. La acción continua de las partículas alfa emitidas. Puede causar lesiones importantes: durante muchos años depositan toda su energía en un volumen minúsculo de tejido, porque el rango de las partículas alfa es muy corto.
Gases nobles . Los gases nobles radiactivos, como el xenón-133 , el xenón-135 y el criptón-85, están presentes en el refrigerante del reactor, especialmente cuando hay fugas de combustible. A medida que aparecen en el refrigerante, se transportan por el aire y pueden inhalarse. Se exhalan inmediatamente después de inhalarlos, porque el cuerpo no reacciona químicamente con ellos. Si los trabajadores están trabajando en una nube de gas noble, la dosis externa que recibirán es aproximadamente 1000 veces mayor que la dosis interna. Debido a esto, solo nos preocupan las tasas de dosis externas beta y gamma.
Yodo radiactivo . El yodo radiactivo , yodo-131 , es un importante radioisótopo del yodo. El yodo radiactivo desempeña un papel importante como isótopo radiactivo presente en los productos de fisión nuclear y es un factor importante que contribuye a los peligros para la salud cuando se libera a la atmósfera durante un accidente. El yodo-131 tiene una vida media de 8.02 días. El tejido diana de la exposición al yodo radiactivo es la glándula tiroides. La dosis externa de beta y gamma del yodo radiactivo presente en el aire es bastante insignificante en comparación con la dosis asignada a la tiroides que resultaría de respirar este aire. La vida media biológicapara el yodo dentro del cuerpo humano es de aproximadamente 80 días (según ICRP). El cuerpo absorbe el yodo de los alimentos y se concentra preferentemente en la tiroides, donde es necesario para el funcionamiento de esa glándula. Cuando el 131 I está presente en niveles altos en el medio ambiente debido a la lluvia radiactiva, puede absorberse a través de alimentos contaminados y también se acumulará en la tiroides. El 131 I se desintegra con una vida media de 8.02 días con partículas beta y emisiones gamma. A medida que se descompone, puede dañar la tiroides. El riesgo principal de la exposición a niveles altos de 131 I es la posibilidad de aparición de cáncer de tiroides radiogénico en una etapa posterior de la vida. Para 131 I, la ICRP ha calculado que si inhala 1 x 10 6Bq, recibirá una dosis tiroidea de H T = 400 mSv (y una dosis ponderada para todo el cuerpo de 20 mSv).
Tritio. El tritio es un subproducto de los reactores nucleares . La fuente más importante (debido a las liberaciones de agua tritiada) de tritio en las plantas de energía nuclear proviene del ácido bórico , que se usa comúnmente como calce químico.para compensar un exceso de reactividad inicial. Tenga en cuenta que el tritio emite partículas beta de baja energía con un rango corto en los tejidos corporales y, por lo tanto, representa un riesgo para la salud como resultado de la exposición interna solo después de la ingestión en agua potable o alimentos, o inhalación o absorción a través de la piel. El tritio que ingresa al cuerpo se distribuye uniformemente entre todos los tejidos blandos. Según la ICRP, el tiempo medio biológico del tritio es de 10 días para el HTO y de 40 días para el OBT (tritio unido orgánicamente) formado a partir del HTO en el cuerpo de los adultos. Como resultado, para una ingesta de 1 x 10 9 Bq de tritio (HTO), un individuo obtendrá una dosis de 20 mSv para todo el cuerpo (igual a la ingesta de 1 x 10 6 Bq de 131 I). Mientras que para los PWR el tritio representa un riesgo menor para la salud, parareactores de agua pesada , contribuye significativamente a la dosis colectiva de los trabajadores de la planta. Tenga en cuenta que, “El aire saturado con agua moderadora a 35 ° C puede dar 3 000 mSv / h de tritio a un trabajador desprotegido (Ver también: JUBurnham. Protección contra radiación). La mejor protección contra el tritio se puede lograr utilizando un respirador con suministro de aire. Los respiradores de cartucho de tritio protegen a los trabajadores solo por un factor de 3. La única forma de reducir la absorción cutánea es usando plásticos. En las centrales eléctricas PHWR, los trabajadores deben usar plásticos para trabajar en atmósferas que contengan más de 500 μSv / h.
Los respiradores con filtros de aire adecuados o trajes completamente autónomos con su propio suministro de aire pueden mitigar los peligros de la contaminación del aire. La contaminación del aire generalmente se mide con instrumentos radiológicos especiales que bombean continuamente el aire muestreado a través de un filtro. Los instrumentos que hacen esto se denominan monitores de aire continuo (CAM). Las partículas radiactivas en el aire se acumulan en el filtro, donde la actividad se mide mediante un detector colocado cerca del filtro.
La descontaminación es un proceso que se utiliza para reducir o eliminar la contaminación radiactiva para reducir el riesgo de exposición a la radiación. La eliminación de la contaminación de las áreas ocupadas, el equipo y el personal es importante para mantener una dosis de radiación ionizante tan baja como sea razonablemente posible (ALARA). La descontaminación también reduce los niveles de radiación de fondo, el inventario de material radiactivo y la propagación de la contaminación a áreas, equipos y personal no controlados.
La descontaminación se puede lograr limpiando o tratando las superficies para reducir o eliminar la contaminación. También se puede lograr filtrando aire o agua contaminados o cubriendo la contaminación para proteger o absorber la radiación. El proceso también puede simplemente permitir el tiempo adecuado para que la desintegración radiactiva natural disminuya la radiactividad.
En las plantas de energía nuclear , es inevitable que muchos elementos del equipo, así como herramientas, ropa, áreas de trabajo e incluso personas, se contaminen. Esto es bastante común, que parte del material radiactivo se adhiera a las superficies (por ejemplo, la suela de un zapato). En este caso, los trabajadores son monitoreados continuamente y, en este caso, se debe eliminar la contaminación de la superficie. Podemos deshacernos de la contaminación por muchas mecánicas, químicas (descontaminar superficies). Procesos biológicos ( vida media biológica) funcionan siempre en caso de contaminación interna. Una persona se vuelve 'radiactiva' si partículas de polvo que contienen varios radioisótopos caen sobre la piel o la ropa de la persona. Una vez que una persona ha sido descontaminada mediante la eliminación de la ropa y el lavado dérmico, se eliminan todas las fuentes de radiactividad de partículas y la persona ya no está contaminada.
Técnicas de descontaminación
En general, se utilizan muchas técnicas y equipos para descontaminar superficies y personas. En cualquier caso, el tipo de contaminación y el material contaminado son importantes. Por ejemplo, es muy difícil descontaminar materiales porosos. Como orientación general al lector, estas técnicas de descontaminación y sus principales aplicaciones se destacan en:
Referencia especial: Tecnología de punta para la descontaminación y el desmantelamiento de instalaciones nucleares, OIEA. OIEA Viena, 1999. ISBN 92–0–102499–1.
Descontaminación química . La descontaminación química es uno de los mejores métodos para la mayoría de las operaciones de descontaminación que consiste en limpiar con agua a la que se han agregado uno o más agentes de limpieza químicos adecuados. Estos métodos incluyen la descontaminación con soluciones químicas, geles químicos, descontaminación de espuma, etc. La eliminación de la contaminación del personal debe realizarse con cuidado para garantizar que la piel no se dañe y para evitar que la contaminación ingrese al cuerpo o una herida.
Descontaminación mecánica . La descontaminación mecánica se puede utilizar especialmente para la descontaminación industrial. Existen métodos de descontaminación en los que la capa exterior de la superficie contaminada se elimina mediante fuerza física. Tales métodos son efectivos, pero son algo toscos y destructivos, y puede que no sea posible usarlos en objetos delicados. Estos métodos incluyen la descontaminación mediante limpieza con vapor, limpieza abrasiva, pulido con chorro de arena, limpieza con aspiradora, limpieza ultrasónica, etc.
[/ lgc_column]
References:
Protección de radiación:
Knoll, Glenn F., Detección y medición de radiación, cuarta edición, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
Stabin, Michael G., Protección radiológica y dosimetría: Introducción a la física de la salud, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Física nuclear y de reactores:
JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Stacey, Física de reactores nucleares, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Glasstone, Sesonske. Ingeniería de Reactores Nucleares: Ingeniería de Sistemas de Reactores, Springer; 4a edición, 1994, ISBN: 978-0412985317
WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Prensa de Clarendon; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467
GRKeepin. Física de la cinética nuclear. Addison-Wesley Pub. Co; 1a edición, 1965
Robert Reed Burn, Introducción a la operación de reactores nucleares, 1988.
Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Paul Reuss, Física de neutrones. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.
[/ su_spoiler]
[/ lgc_column]
[ / lgc_column]
Ver también:
Protección contra exposiciones [/ su_button] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Contaminación radiactiva , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
Un enlace químico es una atracción duradera entre estos átomos, iones o moléculas que permite la formación de compuestos químicos. El enlace puede resultar de la fuerza de atracción electrostática entre iones con carga opuesta, como en los enlaces iónicos, o mediante el intercambio de electrones, como en los enlaces covalentes. [/ Su_quote]
En los sólidos se encuentran tres tipos diferentes de enlaces primarios o químicos. La fuerza de los enlaces químicos varía considerablemente; existen "enlaces primarios" o "enlaces fuertes" como los enlaces iónicos, covalentes y metálicos, y "enlaces débiles" o "enlaces secundarios" como las interacciones dipolo-dipolo, la fuerza de dispersión de London y el enlace de hidrógeno.
Las propiedades químicas del átomo están determinadas por el número de protones, de hecho, por el número y la disposición de los electrones. La configuración de estos electrones se deriva de los principios de la mecánica cuántica y del principio de exclusión de Pauli . El número de electrones en las capas de electrones de cada elemento, particularmente la capa de valencia más externa, es el factor principal para determinar su comportamiento de enlace químico. Un enlace químico es una atracción duradera entre estos átomos, iones o moléculas que permite la formación de compuestos químicos. El enlace puede resultar de la fuerza de atracción electrostática entre iones con carga opuesta, como en los enlaces iónicos, o mediante el intercambio de electrones, como en los enlaces covalentes. por lo tanto, elLa fuerza electromagnética juega un papel importante en la determinación de las propiedades internas de la mayoría de los objetos que se encuentran en la vida diaria. En los sólidos se encuentran tres tipos diferentes de enlaces primarios o químicos:
Enlaces intramoleculares
Enlace iónico . Un enlace iónico es un enlace químico, en el que uno o más electrones se transfieren por completo de un átomo de un elemento al átomo del otro, y los elementos se mantienen unidos por la fuerza de atracción debida a la polaridad opuesta de la carga. Este tipo de enlace químico es típico entre elementos con una gran diferencia de electronegatividad.
Enlace covalente . Un enlace covalente es un enlace químico formado por electrones compartidos. Los electrones de valencia se comparten cuando un átomo necesita electrones para completar su capa exterior y puede compartir esos electrones con su vecino. Los electrones son entonces parte de ambos átomos y ambas capas se llenan.
Enlace metálico . Un enlace metálico es un enlace químico, en el que los átomos no comparten ni intercambian electrones para unirse. En cambio, muchos electrones (aproximadamente uno por cada átomo) tienen más o menos libertad para moverse por todo el metal, de modo que cada electrón puede interactuar con muchos de los átomos fijos.
Enlaces intermoleculares
Enlace molecular. Cuando los electrones de los átomos neutros pasan más tiempo en una región de su órbita, existirá una carga débil temporal. La molécula atraerá débilmente a otras moléculas. Esto a veces se denomina enlaces de van der Waals o moleculares.
Enlace de hidrógeno . Un enlace de hidrógeno puede ser intermolecular (que ocurre entre moléculas separadas) o intramolecular (que ocurre entre partes de la misma molécula). El enlace de hidrógeno es una fuerza de atracción principalmente electrostática entre un átomo de hidrógeno (H) que está unido covalentemente a un átomo o grupo más electronegativo.
La fuerza de los enlaces químicos varía considerablemente; existen " enlaces primarios " o " enlaces fuertes " como los enlaces iónicos, covalentes y metálicos, y " enlaces débiles " o " enlaces secundarios " como las interacciones dipolo-dipolo, la fuerza de dispersión de London y los enlaces de hidrógeno. En este capítulo, nos ocuparemos principalmente de los sólidos porque los sólidos son lo más importante en las aplicaciones de ingeniería de los materiales. Los líquidos y gases se mencionarán únicamente con fines comparativos. Las moléculas de los sólidos están unidas estrechamente. Cuando las atracciones son más débiles, la sustancia puede estar en forma líquida y fluir libremente. Los gases no exhiben virtualmente fuerzas de atracción entre átomos o moléculas,
El tipo de unión no solo determina qué tan bien se mantiene unido un material, sino que también determina qué propiedades microscópicas posee el material. Propiedades como la capacidad de conducir calor o corriente eléctrica están determinadas por la libertad de movimiento de los electrones. Esto depende del tipo de unión presente. El conocimiento de la estructura microscópica de un material nos permite predecir cómo se comportará ese material en determinadas condiciones.
Enlace iónico
Un enlace iónico es un enlace químico, en el que uno o más electrones se transfieren por completo de un átomo de un elemento al átomo del otro, y los elementos se mantienen unidos por la fuerza de atracción debida a la polaridad opuesta de la carga. Este tipo de enlace químico es típico entre elementos con una gran diferencia de electronegatividad (es decir, elementos situados en los extremos horizontales de la tabla periódica ). Un enlace iónico siempre se encuentra en compuestos compuestos por elementos metálicos y no metálicos. No existe un valor preciso que distinga los enlaces iónicos de los covalentes, pero es probable que una diferencia de electronegatividad superior a 1,7 sea iónica, mientras que una diferencia de menos de 1,7 sea covalente.
La unión iónica conduce a la separación de iones positivos y negativos. En el proceso, todos los átomos adquieren configuraciones de gas estable o inerte (es decir, capas orbitales completamente llenas) y, además, una carga eléctrica, es decir, se convierten en iones. Por ejemplo, la sal de mesa común es el cloruro de sodio. El cloruro de sodio (NaCl) es el material iónico clásico. Un átomo de sodio puede asumir la estructura electrónica del neón mediante la transferencia de su único electrón de valencia 3s a un átomo de cloro. Después de tal transferencia, el ion cloro adquiere una carga neta negativa, una configuración electrónica idéntica a la del argón; también es más grande que el átomo de cloro. Estos iones luego se atraen entre sí en una proporción de 1: 1 para formar cloruro de sodio (NaCl).
Na + Cl → Na + + Cl - → NaCl
Los compuestos iónicos conducen la electricidad cuando están fundidos o en solución, generalmente como un sólido. Los compuestos iónicos generalmente tienen un alto punto de fusión , dependiendo de la carga de los iones que los componen. Cuanto mayores sean las cargas, más fuertes serán las fuerzas cohesivas y mayor será el punto de fusión. También tienden a ser solubles en agua; cuanto más fuertes sean las fuerzas cohesivas, menor será la solubilidad.
Enlace covalente
Un enlace covalente es un enlace químico formado por electrones compartidos . Los electrones de valencia se comparten cuando un átomo necesita electrones para completar su capa exterior y puede compartir esos electrones con su vecino. Los electrones son entonces parte de ambos átomos y ambas capas se llenan. Estos pares de electrones se conocen como pares compartidos o pares de enlace , y el equilibrio estable de fuerzas atractivas y repulsivas entre átomos, cuando comparten electrones, se conoce como enlace covalente .
El tipo más simple y común es un enlace sencillo en el que dos átomos comparten dos electrones. Otros tipos incluyen el enlace doble (por ejemplo, H 2 C = CH 2 ), el enlace triple, enlaces de uno y tres electrones, enlace de dos electrones de tres centros y enlace de cuatro electrones de tres centros.
La covalencia es máxima entre átomos de electronegatividades similares . Por lo tanto, el enlace covalente no requiere necesariamente que los dos átomos sean de los mismos elementos, solo que tengan una electronegatividad comparable (es decir, elementos que se encuentran cerca uno del otro en la tabla periódica ). No existe un valor preciso que distinga los enlaces iónicos de los covalentes, pero es probable que una diferencia de electronegatividad superior a 1,7 sea iónica, mientras que una diferencia de menos de 1,7 sea covalente.
Enlace metálico
Un enlace metálico es un enlace químico, en el que los átomos no comparten ni intercambian electrones para unirse. En cambio, muchos electrones (aproximadamente uno por cada átomo) tienen más o menos libertad para moverse por todo el metal, de modo que cada electrón puede interactuar con muchos de los átomos fijos. Los electrones libres protegen los núcleos de iones cargados positivamente de las fuerzas electrostáticas mutuamente repulsivas que de otro modo se ejercerían entre sí; en consecuencia, el enlace metálico es de carácter no direccional. La unión metálica se encuentra en metales y sus aleaciones. El libre movimiento o deslocalización de los electrones de enlace conduce a propiedades metálicas clásicas como brillo (reflectividad de la luz superficial), conductividad eléctrica y térmica , ductilidad y alta resistencia a la tracción.
El metal es un material (generalmente sólido) que comprende uno o más elementos metálicos (p. Ej., Hierro, aluminio, cobre, cromo, titanio, oro, níquel) y, a menudo, también elementos no metálicos (p. Ej., Carbono, nitrógeno, oxígeno) en cantidades relativamente pequeñas. . La característica única de los metales en lo que respecta a su estructura es la presencia de portadores de carga, específicamente electrones . Esta característica viene dada por la naturaleza del enlace metálico. Las conductividades eléctricas y térmicas de los metales se originan por el hecho de que sus electrones externos están deslocalizados .
Enlace de hidrógeno
Un enlace de hidrógeno puede ser intermolecular (que ocurre entre moléculas separadas) o intramolecular (que ocurre entre partes de la misma molécula). El enlace de hidrógeno es una fuerza de atracción principalmente electrostática entre un átomo de hidrógeno (H) que está unido covalentemente a un átomo o grupo más electronegativo.
Un hidrógeno es un claro ejemplo de interacción entre dos dipolos permanentes. La gran diferencia de electronegatividades entre el hidrógeno y el flúor , el nitrógeno y el oxígeno , junto con sus pares de electrones solitarios, provoca fuertes fuerzas electrostáticas entre las moléculas. Un ejemplo omnipresente de un enlace de hidrógeno se encuentra entre las moléculas de agua. Los enlaces de hidrógeno son responsables de los altos puntos de ebullición del agua. Cada H 2 O molécula tiene dos átomos de hidrógeno que se unen lata a átomos de oxígeno. Además, su único átomo de O puede unirse a dos átomos de hidrógeno de otros H 2O moléculas. Por lo tanto, para el hielo sólido, cada molécula de agua participa en cuatro enlaces de hidrógeno, lo que ayuda a crear una red hexagonal abierta. El alto punto de ebullición del agua líquida se debe al alto número de enlaces de hidrógeno que puede formar cada molécula, en relación con su baja masa molecular. Debido a la dificultad de romper estos enlaces, el agua tiene un punto de ebullición, un punto de fusión y una viscosidad muy altos en comparación con otros líquidos similares no unidos por enlaces de hidrógeno.
[/ lgc_column]
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: entender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
[/ su_spoiler] [/ su_accordion] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Véase más arriba:
Ciencia de los materiales [/ su_button] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Atomic and Chemical Bond , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
Algunas de las propiedades de los sólidos cristalinos dependen de la estructura cristalina del material, la forma en que los átomos, iones o moléculas están dispuestos espacialmente. [/ su_quote]
En general, los sólidos se caracterizan por su rigidez estructural y resistencia a cambios de forma o volumen. A diferencia de un líquido, un objeto sólido no fluye para tomar la forma de su recipiente, ni se expande para llenar todo el volumen disponible como lo hace un gas. Los sólidos tienen mayores atracciones interatómicas que los líquidos y los gases. Sin embargo, existen amplias variaciones en las propiedades de los materiales sólidos utilizados con fines de ingeniería. Las propiedades de los materiales dependen de sus enlaces interatómicos . Estos mismos enlaces también dictan el espacio entre la configuración de los átomos en los sólidos. Todos los sólidos se pueden clasificar como:
Sólidos amorfos . Los materiales amorfos, o sólidos no cristalinos, no tienen una disposición regular de sus moléculas y carecen del orden de largo alcance que es característico de los sólidos cristalinos. Los materiales amorfos tienen las propiedades de los sólidos, también se caracterizan por su rigidez estructural y resistencia a los cambios de forma o volumen. Tienen forma y volumen definidos y se difunden lentamente. Los materiales como el vidrio y la parafina se consideran amorfos. Estos materiales también carecen de puntos de fusión claramente definidos. En muchos aspectos, se parecen a los líquidos que fluyen muy lentamente a temperatura ambiente.
Sólidos cristalinos . Los átomos de un sólido cristalino están estrechamente unidos entre sí, ya sea en una red geométrica regular (sólidos cristalinos, que incluyen metales y hielo ordinario).
Cristal de pirita hermanado
Un material cristalino es aquel en el que los átomos están situados en una matriz periódica o repetida sobre grandes distancias atómicas, es decir, existe un orden de largo alcance, de modo que al solidificarse, los átomos se posicionarán en un patrón tridimensional repetitivo, en que cada átomo está unido a sus átomos vecinos más cercanos. No todos los sólidos son monocristales. Por ejemplo, cuando el agua líquida comienza a congelarse, el cambio de fase comienza con pequeños cristales de hielo que crecen hasta fusionarse, formando una estructura policristalina. En el bloque final de hielo, cada uno de los pequeños cristales (llamados " granos ") es un verdadero cristal con una disposición periódica de átomos, pero todo el policristal no tiene una disposición periódica de átomos, porque el patrón periódico se rompe en ellímites de grano .
Red cristalina
Algunas de las propiedades de los sólidos cristalinos dependen de la estructura cristalina del material, la forma en que los átomos, iones o moléculas están dispuestos espacialmente. Una red de cristal es un patrón repetitivo de puntos matemáticos que se extiende por todo el espacio. Las fuerzas de los enlaces químicos provocan esta repetición. Es este patrón repetido el que controla propiedades como resistencia , ductilidad , densidad , conductividad (propiedad de conducir o transmitir calor, electricidad, etc.) y forma . Hay 14 tipos generales de patrones conocidos como celosías de Bravais .
Se encuentran tres estructuras cristalinas relativamente simples para la mayoría de los metales comunes:
Fuente: Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Cúbico centrado en el cuerpo - bcc. En una disposición de átomos bcc (BCC), la celda unitaria consta de ocho átomos en las esquinas de un cubo y un átomo en el centro del cuerpo del cubo. En una disposición bcc, una celda unitaria contiene (8 átomos de esquina × ⅛) + (1 átomo central × 1) = 2 átomos. El empaque es más eficiente (68%) que el cúbico simple y la estructura es común para metales alcalinos y metales de transición tempranos. Los metales que contienen estructuras de BCC incluyen ferrita, cromo, vanadio, molibdeno y tungsteno. Estos metales poseen alta resistencia y baja ductilidad.
Cúbico centrado en la cara - fcc. En una disposición de átomos fcc (FCC), la celda unitaria consta de ocho átomos en las esquinas de un cubo y un átomo en el centro de cada una de las caras del cubo. En una disposición fcc, una celda unitaria contiene (8 átomos de esquina × ⅛) + (6 átomos de cara × ½) = 4 átomos. Esta estructura, junto con su pariente hexagonal (hcp), tiene el empaque más eficiente (74%). Los metales que contienen estructuras de FCC incluyen austenita, aluminio, cobre, plomo, plata, oro, níquel, platino y torio. Estos metales poseen baja resistencia y alta ductilidad.
Hexagonal compacto - hcp. En una disposición de átomos hcp (HCP), la celda unitaria consta de tres capas de átomos. Las capas superior e inferior contienen seis átomos en las esquinas de un hexágono y un átomo en el centro de cada hexágono. La capa intermedia contiene tres átomos ubicados entre los átomos de las capas superior e inferior, de ahí el nombre de empaquetado compacto. El empaquetamiento cerrado hexagonal (hcp) es uno de los dos tipos simples de empaquetamiento atómico con la densidad más alta, siendo el otro el cúbico centrado en la cara (fcc). Sin embargo, a diferencia de la fcc, no es una celosía de Bravais, ya que hay dos conjuntos de puntos de celosía no equivalentes. Los metales que contienen estructuras de HCP incluyen berilio, magnesio, zinc, cadmio, cobalto, talio y circonio. Los metales HCP no son tan dúctiles como los metales FCC.
Factor de empaque atómico - APF
En cristalografía, el factor de empaquetamiento atómico (APF) , la eficiencia de empaquetamiento o la fracción de empaquetamiento es la suma de los volúmenes de esfera de todos los átomos dentro de una celda unitaria (asumiendo el modelo atómico de esfera dura) dividido por el volumen de la celda unitaria.
Por convención, el APF se determina asumiendo que los átomos son esferas rígidas. El radio de las esferas se toma como el valor máximo para que los átomos no se superpongan. En la ciencia de los materiales , el factor de empaquetamiento atómico de una celda unitaria explica muchas propiedades de los materiales. Por ejemplo, los metales con un factor de empaquetamiento atómico alto tendrán una mayor maleabilidad o ductilidad, similar a cómo una carretera es más suave cuando las piedras están más juntas, lo que permite que los átomos de metal se deslicen entre sí con mayor facilidad.
Por ejemplo, en una disposición fcc, una celda unitaria contiene (8 átomos de esquina × ⅛) + (6 átomos de cara × ½) = 4 átomos. Esta estructura, junto con su pariente hexagonal (hcp), tiene el empaque más eficiente (74%).
Estructura de grano y límites de grano
Granos y límites Fuente: Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
No todos los sólidos son monocristales (por ejemplo, semiconductores de silicio ). La mayoría de los sólidos cristalinos se componen de una colección de muchos cristales pequeños o granos de diferente tamaño y orientación. Estos tienen orientaciones cristalográficas aleatorias. Cuando un metal comienza con la cristalización, el cambio de fase comienza con pequeños cristales que crecen hasta fusionarse, formando una estructura policristalina . En el bloque final de material sólido, cada uno de los pequeños cristales (llamados " granos ") es un verdadero cristal con una disposición periódica de átomos, pero todo el policristal no tiene una disposición periódica de átomos, porque el patrón periódico se rompe en los límites del grano. Los granos y los límites de los granos ayudan a determinar las propiedades de un material.
Los granos , también conocidos como cristalitos, son cristales pequeños o incluso microscópicos que se forman, por ejemplo, durante el enfriamiento de muchos materiales (cristalización). Una característica muy importante de un metal es el tamaño medio del grano. El tamaño del grano determina las propiedades del metal. Por ejemplo, un tamaño de grano más pequeño aumenta la resistencia a la tracción y tiende a aumentar la ductilidad. Se prefiere un tamaño de grano más grande para mejorar las propiedades de fluencia a alta temperatura. La fluencia es la deformación permanente que aumenta con el tiempo bajo carga o tensión constante. La fluencia se vuelve progresivamente más fácil con el aumento de temperatura.
Límites de grano . El límite del grano se refiere al área exterior de un grano que lo separa de los otros granos. Los límites de los granos separan regiones cristalinas de orientación diversa (policristalinas) en las que las estructuras cristalinas son idénticas. Los límites de grano son defectos bidimensionales en la estructura cristalina y tienden a disminuir la conductividad eléctrica y térmica del material. La mayoría de los límites de grano son sitios preferidos para el inicio de la corrosión y para la precipitación de nuevas fases del sólido. También son importantes para muchos de los mecanismos de fluencia. Por otro lado, los límites de los granos interrumpen el movimiento de las dislocaciones.a través de un material. La propagación de la dislocación está impedida debido al campo de tensión de la región del defecto del límite de grano y la falta de planos de deslizamiento y direcciones de deslizamiento y alineación general a través de los límites. Por lo tanto, reducir el tamaño de los cristalitos es una forma común de mejorar la resistencia mecánica, porque los granos más pequeños crean más obstáculos por unidad de área del plano de deslizamiento.
Orientación de granos
Orientación del grano (A) Aleatorio (B) Fuente preferida: Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
La orientación de los cristalitos puede ser aleatoria sin una dirección preferida, denominada textura aleatoria, o preferida, posiblemente debido a las condiciones de crecimiento y procesamiento. La orientación aleatoria se puede obtener mediante el laminado cruzado del material. Si una muestra de este tipo se laminase suficientemente en una dirección, podría desarrollar una estructura orientada al grano en la dirección de laminación. A esto se le llama orientación preferida . En muchos casos, la orientación preferida es muy deseable, pero en otros casos, puede ser más dañina. Por ejemplo, la orientación preferida en los elementos combustibles de uranio puede provocar cambios catastróficos en las dimensiones durante el uso en un reactor nuclear.
Referencia especial: Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Polimorfismo y alotropía
En la figura, está el diagrama de fases de hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C). El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición. Fuente: wikipedia.org Läpple, Volker - Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licencia: CC BY-SA 4.0
Algunos materiales cristalinos pueden tener más de una estructura cristalina , un fenómeno conocido como polimorfismo . El polimorfismo es la aparición de múltiples formas cristalinas de un material. Según las reglas de Gibbs de equilibrio de fases, estas fases cristalinas únicas dependen de variables intensivas como la presión y la temperatura . El polimorfismo está relacionado con la alotropía., que se refiere a elementos químicos. Eso significa que el polimorfismo es el término más general utilizado para cualquier material cristalino, incluidas las aleaciones y los elementos químicos. Cada polimorfo es de hecho un estado sólido termodinámico diferente y los polimorfos de cristal del mismo compuesto exhiben diferentes propiedades físicas, como velocidad de disolución, forma (ángulos entre facetas y tasas de crecimiento de facetas), punto de fusión, etc. Por esta razón, el polimorfismo es de de gran importancia en la fabricación industrial de productos cristalinos.
Un ejemplo familiar se encuentra en el carbono. El grafito (un sólido blando, negro, escamoso, un conductor eléctrico moderado) es el polimorfo estable en condiciones ambientales, mientras que el diamante (un cristal transparente extremadamente duro, con los átomos de carbono dispuestos en una red tetraédrica. Un mal conductor eléctrico. Excelente conductor térmico.) se forma a presiones extremadamente altas.
Además, el hierro puro tiene una estructura cristalina BCC a temperatura ambiente, que cambia a hierro FCC a 913 ° C. El circonio es HCP (alfa) hasta 863 ° C, donde se transforma en la forma BCC (beta, circonio). El problema es que estas transiciones de fase hacen que este material sea muy frágil .
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
[/ su_spoiler] [/ su_accordion]
[/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Véase más arriba:
Ciencia de los materiales [/ su_button] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Crystal Structures , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
Defectos cristalográficos: imperfecciones en metales. Los defectos cristalográficos influyen significativamente en las propiedades del material. La clasificación de las imperfecciones cristalinas (defectos microscópicos) se realiza con frecuencia de acuerdo con la geometría o dimensionalidad del defecto. [/ Su_quote]
Como se escribió , un material cristalino es aquel en el que los átomos están situados en una matriz periódica o repetida sobre grandes distancias atómicas, es decir, existe un orden de largo alcance, de modo que al solidificarse, los átomos se posicionarán en una secuencia repetitiva de tres. patrón dimensional, en el que cada átomo está unido a sus átomos vecinos más cercanos. Pero la realidad es diferente, los cristales reales nunca son perfectos . Siempre hay defectos. La influencia de estos defectos no siempre es adversa y, a menudo, las características específicas se modelan deliberadamente mediante la introducción de cantidades controladas o números de defectos particulares.
Clasificación de defectos
La clasificación de los defectos cristalográficos ( defectos microscópicos ) se realiza con frecuencia de acuerdo con la geometría o dimensionalidad del defecto. Existen otros defectos macroscópicos en todos los materiales sólidos que son mucho más grandes que los microscópicos, estos incluyen poros, grietas, inclusiones extrañas y otras fases.
Defectos microscópicos
Defectos puntuales. Los defectos puntuales tienen dimensiones atómicas.
Defectos de línea. Los defectos o dislocaciones de línea tienen generalmente muchos átomos de longitud.
Defectos planos . Los defectos planos son más grandes que los defectos de línea y ocurren en un área bidimensional.
Defectos macroscópicos
Defectos a granel . Defectos macroscópicos o voluminosos tridimensionales, como poros, grietas o inclusiones.
Vacíos . Pequeñas regiones, donde no hay átomos, y que pueden considerarse como grupos de vacantes.
Impurezas , que pueden agruparse para formar pequeñas regiones de una fase diferente. Suelen denominarse precipitados.
Defectos puntuales
Los defectos puntuales tienen dimensiones atómicas, por lo que ocurren solo en o alrededor de un único punto de la red. No se extienden en el espacio en ninguna dimensión. Las imperfecciones puntuales en los cristales se pueden dividir en tres categorías principales de defectos.
Defectos de vacantes . Los defectos de vacante son el resultado de la falta de un átomo en una posición reticular. La estabilidad de la estructura cristalina circundante garantiza que los átomos vecinos no colapsarán simplemente alrededor de la vacante. El tipo de defecto de vacante puede resultar de un empaquetamiento imperfecto durante el proceso de cristalización, o puede deberse al aumento de las vibraciones térmicas de los átomos provocadas por la temperatura elevada. Todos los sólidos cristalinos contienen vacantes y, de hecho, no es posible crear un material libre de estos defectos. Una vacante (o un par de vacantes en un sólido iónico) a veces se denomina defecto de Schottky.. Este defecto puntual se forma cuando los iones con carga opuesta abandonan sus sitios de celosía, creando vacantes. Estas vacantes se forman en unidades estequiométricas, para mantener una carga neutra general en el sólido iónico.
Defectos sustitutivos . Debido a las limitaciones fundamentales de los métodos de purificación de materiales, los materiales nunca son 100% puros, lo que por definición induce defectos en la estructura cristalina . Los defectos de sustitución resultan de una impureza presente en una posición reticular. Para el tipo de sustitución, los átomos de soluto o impureza reemplazan o sustituyen a los átomos del huésped . Varias características de los átomos del soluto y del solvente determinan el grado en que el primero se disuelve en el segundo. Estos se expresan como las reglas de Hume-Rothery . De acuerdo con estas reglas, se pueden formar soluciones sólidas de sustitución si el soluto y el solvente tienen:
Valencia similar: una solución sólida se mezcla con otras para formar una nueva solución.
Defectos intersticiales . Los defectos intersticiales son el resultado de una impureza ubicada en un sitio intersticial o uno de los átomos de la red está en una posición intersticial en lugar de estar en su posición de red. Un autointersticial es un átomo del cristal que se apiña en un sitio intersticial. En los metales, un autointersticial introduce distorsiones y tensiones relativamente grandes en la red circundante porque el átomo es sustancialmente más grande que la posición intersticial en la que está situado. Los defectos intersticiales son generalmente configuraciones de alta energía, por otro lado, la formación de este defecto no es muy probable. Los átomos pequeños (en su mayoría impurezas) en algunos cristales pueden ocupar intersticios sin alta energía, como el hidrógeno.
Defectos de Frenkel. Un defecto de Frenkel o un par de Frenkel es un par cercano de una vacante y un defecto intersticial. Esto se produce cuando un ion se mueve hacia un sitio intersticial y crea una vacante. Su principal mecanismo de generación es la irradiación de partículas. Los defectos de Frenkel son típicos del daño por radiación causado por neutrones de alta energía. Un neutrón de 1 MeV puede afectar aproximadamente a 5000 átomos. La presencia de muchos picos de desplazamiento cambiará las propiedades del material que se irradia. Un pico de desplazamiento contiene una gran cantidad de intersticiales y vacantes de celosía.
Solución sólida
En la figura, está el diagrama de fases de hierro-carburo de hierro (Fe-Fe3C). El porcentaje de carbono presente y la temperatura definen la fase de la aleación hierro-carbono y por tanto sus características físicas y propiedades mecánicas. El porcentaje de carbono determina el tipo de aleación ferrosa: hierro, acero o fundición. Fuente: wikipedia.org Läpple, Volker - Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Licencia: CC BY-SA 4.0
Una solución sólida es una mezcla uniforme de dos sólidos cristalinos que comparten una red cristalina común. Las soluciones sólidas a menudo constan de dos o más tipos de átomos o moléculas que comparten una red cristalina, como en ciertas aleaciones metálicas. El solvente es el elemento o compuesto que está presente en mayor cantidad. El soluto se usa para denotar un elemento o compuesto presente en una concentración menor. El soluto puede incorporarse en la red cristalina del disolvente de forma sustitutiva, sustituyendo una partícula de disolvente en la red, o intersticialmente, encajando en el espacio entre las partículas de disolvente. Ambos tipos de solución sólida afectan las propiedades del material al distorsionar la red cristalina y alterar la homogeneidad física y eléctrica del material solvente.
Para el tipo de sustitución, los átomos de soluto o impureza reemplazan o sustituyen a los átomos del huésped. Varias características de los átomos del soluto y del solvente determinan el grado en que el primero se disuelve en el segundo. Estos se expresan como las reglas de Hume-Rothery. De acuerdo con estas reglas, se pueden formar soluciones sólidas de sustitución si el soluto y el solvente tienen:
Valencia similar: una solución sólida se mezcla con otras para formar una nueva solución.
Las soluciones sólidas tienen importantes aplicaciones comerciales e industriales, ya que tales mezclas a menudo tienen propiedades superiores a los materiales puros. Muchas aleaciones de metales son soluciones sólidas. Incluso pequeñas cantidades de soluto pueden afectar las propiedades eléctricas y físicas del solvente.
La aleación es una práctica común porque los enlaces metálicos permiten unir diferentes tipos de metales. Por ejemplo, los aceros inoxidables austeníticos, incluido el acero inoxidable Tipo 304 (que contiene 18% -20% de cromo y 8% -10,5% de níquel), tienen una estructura cúbica de átomos de hierro centrada en las caras con el carbono en solución sólida intersticial .
[/ su_spoiler]
Defectos de línea: dislocaciones
Los defectos de línea tienen generalmente muchos átomos de longitud. Los defectos de línea se denominan dislocaciones y ocurren solo en materiales cristalinos. Las dislocaciones son especialmente importantes en la ciencia de los materiales, porque ayudan a determinar la resistencia mecánica de los materiales. Hay dos tipos básicos de dislocaciones, la dislocación del borde y la dislocación del tornillo . También son comunes las luxaciones mixtas, que combinan aspectos de ambos tipos. Es importante tener en cuenta que las dislocaciones no pueden terminar dentro de un cristal. Deben terminar en un borde de cristal u otra dislocación, o deben volver a cerrarse sobre sí mismos.
Los primeros estudios de materiales llevaron al cálculo de las fortalezas teóricas de los cristales perfectos. Pero estas fortalezas teóricas fueron muchas veces mayores que las realmente medidas. Durante la década de 1930 se teorizó que esta discrepancia en las resistencias mecánicas podría explicarse por un tipo de defecto cristalino lineal que se conoce como dislocación . El término 'dislocación' que se refiere a un defecto en la escala atómica fue acuñado por GI Taylor en 1934.
Dislocación de borde
Fuente: Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
La dislocación del borde se centra alrededor de la línea de dislocación del borde que se define a lo largo del extremo del semiplano extra de átomos . La imperfección puede extenderse en línea recta a lo largo del cristal o puede seguir un camino irregular. También puede ser corto, extendiéndose solo una pequeña distancia en el cristal y provocando un deslizamiento de una distancia atómica a lo largo del plano de deslizamiento (dirección en la que se mueve la imperfección del borde). La deformación plástica macroscópica simplemente corresponde a la deformación permanente que resulta del movimiento de dislocaciones , o deslizamiento , en respuesta a un esfuerzo cortante aplicado. Dislocacionespuede moverse si los átomos de uno de los planos circundantes rompen sus enlaces y se vuelven a unir con los átomos en el borde de terminación. Comprender el movimiento de una dislocación es clave para comprender por qué las dislocaciones permiten que la deformación se produzca con una tensión mucho menor que en un cristal perfecto. El movimiento de dislocación es análogo al movimiento de una oruga. La oruga tendría que ejercer una gran fuerza para mover todo su cuerpo a la vez. En cambio, mueve la parte trasera de su cuerpo hacia adelante una pequeña cantidad y crea una joroba. La joroba luego se mueve hacia adelante y eventualmente mueve todo el cuerpo hacia adelante una pequeña cantidad. El deslizamiento ocurre cuando el cristal se somete a una tensión y la dislocación se mueve a través del cristal hasta que alcanza el borde o es detenida por otra dislocación.
Dislocación del tornillo
Fuente: Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Las dislocaciones de los tornillos pueden producirse por un desgarro del cristal paralelo a la dirección de deslizamiento. Si se sigue una dislocación de tornillo en todo el circuito completo, mostraría un patrón de deslizamiento similar al de la rosca de un tornillo. La dislocación de un tornillo es mucho más difícil de visualizar. Imagínese cortando un cristal a lo largo de un plano y deslizando una mitad sobre la otra mediante un vector de celosía, las mitades volviendo a encajar sin dejar un defecto. El movimiento de la dislocación de un tornillo también es el resultado del esfuerzo cortante, pero el movimiento de la línea del defecto es perpendicular a la dirección del esfuerzo y el desplazamiento del átomo, en lugar de paralelo.
El patrón puede ser para diestros o zurdos. Esto requiere que algunos de los enlaces atómicos se vuelvan a formar continuamente para que el cristal tenga casi la misma forma después de ceder que antes.
Fuente: William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Defectos planos: defectos interfaciales
Un defecto plano es una discontinuidad de la estructura cristalina perfecta a través de un plano. Los defectos interfaciales son límites que tienen dos dimensiones y regiones normalmente separadas de los materiales que tienen diferentes estructuras cristalinas y / o orientaciones cristalográficas. Los defectos interfaciales existen en un ángulo entre dos caras cualesquiera de un cristal o una forma cristalina. Estas imperfecciones se encuentran en superficies libres, límites de dominio, límites de grano o límites de interfase.
Los límites de grano
Granos y límites Fuente: Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Un límite de grano es un defecto plano general que separa regiones de diferente orientación cristalina (es decir, granos ) dentro de un sólido policristalino . Hasta este punto, la discusión se ha centrado en los defectos de los monocristales. Sin embargo, los sólidos generalmente consisten en varios cristalitos o granos de diferente tamaño y orientación. Estos tienen orientaciones cristalográficas aleatorias. Cuando un metal comienza con la cristalización, el cambio de fase comienza con pequeños cristales que crecen hasta fusionarse, formando una estructura policristalina. En el bloque final de material sólido, cada uno de los pequeños cristales (llamados " granos") es un verdadero cristal con una disposición periódica de átomos, pero todo el policristal no tiene una disposición periódica de átomos, porque el patrón periódico se rompe en los límites de los granos. Los granos y los límites de los granos ayudan a determinar las propiedades de un material . Granos pueden variar en tamaño desde nanómetros a milímetros de ancho y sus orientaciones generalmente se rotan con respecto a los granos vecinos. Donde un grano se detiene y otro comienza se conoce como límite de grano. Los límites de grano limitan las longitudes y movimientos de las dislocaciones. Por lo tanto, tener granos más pequeños (más área de superficie de límite de grano) fortalece un material. El tamaño de los granos se puede controlar mediante la velocidad de enfriamiento cuando el material se cuela o se trata térmicamente. Generalmente, el enfriamiento rápido produce granos más pequeños, mientras que el enfriamiento lento da como resultado granos más grandes.
Los granos, también conocidos como cristalitos, son cristales pequeños o incluso microscópicos que se forman, por ejemplo, durante el enfriamiento de muchos materiales (cristalización). Una característica muy importante de un metal es el tamaño medio del grano. El tamaño del grano determina las propiedades del metal. Por ejemplo, un tamaño de grano más pequeño aumenta la resistencia a la tracción y tiende a aumentar la ductilidad. Se prefiere un tamaño de grano más grande para mejorar las propiedades de fluencia a alta temperatura. La fluencia es la deformación permanente que aumenta con el tiempo bajo carga o tensión constante. La fluencia se vuelve progresivamente más fácil con el aumento de temperatura.
Los límites de grano. El límite de grano se refiere al área exterior de un grano que lo separa de los otros granos. Los límites de los granos separan regiones cristalinas de orientación diversa (policristalinas) en las que las estructuras cristalinas son idénticas. Los límites de grano son defectos 2D en la estructura cristalina y tienden a disminuir la conductividad eléctrica y térmica del material. La mayoría de los límites de grano son sitios preferidos para el inicio de la corrosión y para la precipitación de nuevas fases del sólido. También son importantes para muchos de los mecanismos de fluencia. Por otro lado, los límites de los granos interrumpen el movimiento de las dislocaciones a través de un material. La propagación de la dislocación está impedida debido al campo de tensión de la región del defecto del límite de grano y la falta de planos de deslizamiento y direcciones de deslizamiento y alineación general a través de los límites.
Hermanamiento - Límites gemelos
Cristal de pirita hermanado
El hermanamiento es un fenómeno en algún lugar entre un defecto cristalográfico y un límite de grano. Como un límite de grano, un límite gemelo tiene diferentes orientaciones de cristal en sus dos lados. Pero a diferencia de un límite de grano, las orientaciones no son aleatorias, sino que se relacionan de una manera específica de imagen especular. Un límite gemelo ocurre cuando los cristales a ambos lados de un plano son imágenes especulares entre sí.
El límite entre los cristales maclados será un solo plano de átomos. No existe una región de desorden y los átomos de los límites pueden verse como pertenecientes a las estructuras cristalinas de ambos gemelos.
Hay tres modos de formación de cristales maclados. Los gemelos crecen durante la cristalización o son el resultado de un trabajo mecánico o térmico. Los gemelos crecidos son el resultado de una interrupción o cambio en la red durante la formación o el crecimiento debido a una posible deformación de un ion de sustitución más grande. Los gemelos de recocido o transformación son el resultado de un cambio en el sistema cristalino durante el enfriamiento, ya que una forma se vuelve inestable y la estructura cristalina debe reorganizarse o transformarse en otra forma más estable. La deformación o los gemelos deslizantes son el resultado de la tensión en el cristal después de que se ha formado.
Defectos a granel - Defectos de volumen
Los defectos macroscópicos tridimensionales se denominan defectos a granel . Generalmente ocurren en una escala mucho mayor que los defectos microscópicos. Estos defectos macroscópicos generalmente se introducen en un material durante el refinamiento de su estado bruto o durante los procesos de fabricación. Estos incluyen grietas, poros, inclusiones extrañas y otras fases . El trabajo y la forja de metales pueden provocar fisuras que actúan como concentradores de tensiones y debilitan el material. Cualquier defecto de soldadura o unión también puede clasificarse como defectos a granel.
Defectos macroscópicos o voluminosos tridimensionales, como poros, grietas o inclusiones.
Vacíos: pequeñas regiones donde no hay átomos y que pueden considerarse como grupos de vacantes.
Las impurezas pueden agruparse para formar pequeñas regiones de una fase diferente. Suelen denominarse precipitados.
[/ lgc_column]
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: entender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
[/ su_spoiler] [/ su_accordion] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Véase más arriba:
Ciencia de los materiales [/ su_button] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Defectos cristalográficos , le ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante. [/ Su_quote]
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Sin embargo, debemos tener en cuenta que la carga que deformará un componente pequeño, será menor que la carga para deformar un componente mayor del mismo material. Por lo tanto, la carga (fuerza) no es un término adecuado para describir la resistencia . En su lugar, podemos usar la fuerza (carga) por unidad de área (σ = F / A), llamada tensión , que es constante (hasta que se produce la deformación) para un material dado independientemente del tamaño de la pieza componente. En este concepto, la deformación también es una variable muy importante, ya que define la deformación de un objeto. En resumen, el comportamiento mecánico de los sólidos generalmente se define por relaciones constitutivas tensión-deformación.Una deformación se denomina deformación elástica si la tensión es una función lineal de la deformación. En otras palabras, el estrés y la tensión siguen la ley de Hooke . Más allá de la región lineal, la tensión y la deformación muestran un comportamiento no lineal. Este comportamiento inelástico se denomina deformación plástica.
Estrés
En mecánica y ciencia de los materiales, el estrés (representado por una letra griega minúscula sigma - σ ) es una cantidad física que expresa las fuerzas internas que las partículas vecinas de un material continuo ejercen entre sí, mientras que la deformación es la medida de la deformación del material. que no es una cantidad física.
Aunque es imposible medir la intensidad de esta tensión, se puede medir la carga externa y la zona a la que se aplica. La tensión (σ) se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:
Cuando un metal se somete a una carga (fuerza), se distorsiona o deforma, sin importar cuán fuerte sea el metal o cuán ligera sea la carga. Si la carga es pequeña, la distorsión probablemente desaparecerá cuando se retire la carga. La intensidad o grado de distorsión se conoce como tensión . Una deformación se denomina deformación elástica si la tensión es una función lineal de la deformación. En otras palabras, el estrés y la tensión siguen la ley de Hooke . Más allá de la región lineal, la tensión y la deformación muestran un comportamiento no lineal. Este comportamiento inelástico se denomina deformación plástica .
El estrés es la resistencia interna, o contrafuente, de un material a los efectos distorsionadores de una fuerza o carga externa. Estas contrafuerzas tienden a devolver los átomos a sus posiciones normales. La resistencia total desarrollada es igual a la carga externa.
Tipos de estrés
Las tensiones ocurren en cualquier material que esté sujeto a una carga o fuerza aplicada. Hay muchos tipos de estrés , pero todos pueden clasificarse generalmente en una de seis categorías:
Las tensiones estructurales son tensiones producidas en miembros estructurales debido a los pesos que soportan. Los pesos proporcionan las cargas. Estas tensiones se encuentran en cimientos y estructuras de edificios, así como en piezas de maquinaria.
Las tensiones residuales son tensiones provocadas por los procesos de fabricación. Este tipo de tensión permanece en un material sólido después de que se ha eliminado la causa original de las tensiones. Por ejemplo, la soldadura deja tensiones residuales en los metales soldados. El calor de la soldadura puede causar una expansión localizada, que es absorbida durante la soldadura por el metal fundido o la colocación de las piezas que se están soldando.
Las tensiones por presión son tensiones inducidas en recipientes que contienen materiales presurizados. La carga es proporcionada por la misma fuerza que produce la presión . En una instalación de reactor, la vasija del reactor es un excelente ejemplo de vasija a presión. Un problema de seguridad que es un problema a largo plazo provocado por el envejecimiento de las instalaciones nucleares es el choque térmico presurizado (STP) . PTS es el impacto experimentado por un recipiente de paredes gruesas debido a las tensiones combinadas de un cambio rápido de temperatura y / o presión.
Las tensiones térmicas existen siempre que hay gradientes de temperatura en un material. Diferentes temperaturas producen diferentes expansiones y someten los materiales a tensiones internas. Este tipo de tensión es particularmente notable en los mecanismos que operan a altas temperaturas que son enfriados por un fluido frío. Un problema de seguridad que es un problema a largo plazo provocado por el envejecimiento de las instalaciones nucleares es el choque térmico presurizado (STP). PTS es el impacto experimentado por un recipiente de paredes gruesas debido a las tensiones combinadas de un cambio rápido de temperatura y / o presión.
Las tensiones de flujo ocurren cuando una masa de fluido que fluye induce una presión dinámica en la pared de un conducto. La fuerza del fluido que golpea la pared actúa como carga . Este tipo de tensión se puede aplicar de forma inestable cuando los caudales fluctúan. El golpe de ariete es un ejemplo de estrés de flujo transitorio. Un golpe de ariete en una tubería o tubo es un pico de presión causado por una variación repentina del caudal. y la energía de velocidad se convierte en energía de presión.
Estrés por fatiga. La fatiga es el debilitamiento de un material causado por una carga cíclica que da como resultado un daño estructural progresivo y localizado y el crecimiento de grietas. Una vez que se ha iniciado una grieta, cada ciclo de carga hará crecer la grieta una pequeña cantidad. Las tensiones pueden deberse a vibraciones o ciclos térmicos.
Estrés aplicado
Desde el punto de vista interno, la intensidad de la tensión dentro del cuerpo de un componente se expresa como uno de los tres tipos básicos de carga interna, a saber, tensión, compresión y cortante . En la práctica de la ingeniería, muchas cargas son de torsión más que de corte puro. Matemáticamente, solo hay dos tipos de carga interna porque los esfuerzos de tracción y compresión pueden considerarse como las versiones positiva y negativa del mismo tipo de carga normal.
Esfuerzo de tracción . Una de las pruebas mecánicas de esfuerzo-deformación más comunes se realiza en tensión. La tensión de tracción es ese tipo de tensión en la que las dos secciones de material a cada lado de un plano de tensión tienden a separarse o alargarse. La capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS) . La resistencia máxima a la tracción se mide por la tensión máxima que un material puede soportar mientras se estira o tira antes de romperse. En el estudio de la resistencia de los materiales, la resistencia a la tracción, la resistencia a la compresión y la resistencia al corte se pueden analizar de forma independiente. Debido a que las cargas de tracción y compresión producen tensiones que actúan a través de un plano, en una dirección perpendicular (normal) al plano, las tensiones de tracción y compresión se denominantensiones normales .
Estrés compresivo . La tensión de compresión es lo contrario de la tensión de tracción. Las partes adyacentes del material tienden a presionarse entre sí a través de un plano de tensión típico. La tensión de compresión en barras, columnas, etc. conduce al acortamiento. La tensión de compresión se define de la misma manera que la tensión de tracción, pero tiene valores negativos para expresar la compresión ya que delta L tiene la dirección opuesta. Se puede aumentar la tensión de compresión hasta que se alcanza la resistencia a la compresión. Entonces los materiales reaccionarán con comportamiento dúctil o con fractura en caso de materiales quebradizos. Debido a que las cargas de tracción y compresión producen tensiones que actúan a través de un plano, en una dirección perpendicular (normal) al plano, las tensiones de tracción y compresión se denominan tensiones normales.. La capacidad de un material para reaccionar a la tensión o presión de compresión se denomina compresibilidad.
Esfuerzo cortante . El esfuerzo cortante existe cuando dos partes de un material tienden a deslizarse entre sí en cualquier plano típico de cortante al aplicar una fuerza paralela a ese plano. La torsión es una variación del corte puro en el que se tuerce un miembro estructural. Las fuerzas de torsión producen un movimiento de rotación alrededor del eje longitudinal de un extremo del miembro con respecto al otro extremo. El esfuerzo cortante también es de gran importancia en la naturaleza, ya que está íntimamente relacionado con el movimiento descendente de los materiales terrestres (como en el caso de las avalanchas).
Cepa
En la ciencia de los materiales , la deformación también es una variable muy importante, ya que define la deformación de un objeto. A diferencia de la tensión en un objeto, que en realidad no se puede ver, la deformación es una cantidad visible y medible. Cuando tira de una barra de tensión, puede ver que la barra aumenta físicamente en longitud (o se alarga). Cuando dobla una viga, la ve curvar. Las deformaciones son un indicador directo de tensión. El comportamiento mecánico de los sólidos generalmente se define por relaciones constitutivas tensión-deformación.Cuando un metal se somete a una carga (fuerza), se distorsiona o deforma, sin importar cuán fuerte sea el metal o cuán ligera sea la carga. Si la carga es pequeña, la distorsión probablemente desaparecerá cuando se retire la carga. Tal cambio dimensional proporcional (intensidad o grado de distorsión) se llama deformación y se mide como la deformación total (alargamiento) por longitud de referencia de material debido a alguna tensión aplicada.
En mecánica de materiales, podemos definir dos tipos básicos de deformaciones:
Cepas normales . Una deformación normal resulta de la tensión de tracción y es una deformación calculada a partir de los desplazamientos relativos que se miden perpendicularmente a dos planos de referencia. Las deformaciones normales miden el movimiento perpendicular relativo de un plano de referencia con respecto a otro. El símbolo de la tensión normal suele ser el símbolo griego en minúsculas épsilon (ε).
Esfuerzos por cizallamiento. Una deformación cortante resulta de un esfuerzo cortante y es una deformación calculada a partir de los desplazamientos relativos que se miden en paralelo a dos planos de referencia. Las deformaciones cortantes miden el movimiento paralelo relativo de un plano de referencia con respecto a otro. El símbolo de la deformación por cizallamiento suele ser el símbolo griego en minúsculas gamma (γ).
Deformación
La deformación es una medida de cuánto se deforma un objeto con respecto a sus dimensiones o tamaño originales en una dirección determinada. Dependiendo de la deformación que mida, puede calcular diferentes tipos de deformación.
Una deformación se denomina deformación elástica si la tensión es una función lineal de la deformación. En otras palabras, el estrés y la tensión siguen la ley de Hooke . Más allá de la región lineal, la tensión y la deformación muestran un comportamiento no lineal. Este comportamiento inelástico se denomina deformación plástica.
Deformación elástica . La deformación elástica y la deformación elástica es un cambio dimensional transitorio que existe solo mientras se aplica la tensión inicial y desaparece inmediatamente después de la eliminación de la tensión. Cuando un metal se somete a una carga (fuerza), se distorsiona o deforma, sin importar cuán fuerte sea el metal o cuán ligera sea la carga. Esta deformación puede ser permanente o no. Hasta una tensión límite , un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas provocan que los átomosen un cristal para moverse desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente.
Deformación plastica. La deformación plástica y la deformación plástica es un cambio dimensional que no desaparece cuando se elimina la tensión inicial. Ocurre que si se excede la carga límite, el cuerpo experimentará una deformación permanente al retirar la carga. La deformación plástica se produce en los cuerpos materiales después de que las tensiones han alcanzado un cierto valor umbral conocido como límite elástico o tensión de fluencia , y son el resultado de mecanismos de deslizamiento o dislocación a nivel atómico.
Estrés - Curva de deformación
La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Sin embargo, debemos tener en cuenta que la carga que deformará un componente pequeño, será menor que la carga para deformar un componente mayor del mismo material. Por lo tanto, la carga (fuerza) no es un término adecuado para describir la resistencia . En su lugar, podemos usar la fuerza (carga) por unidad de área (σ = F / A), llamada tensión , que es constante (hasta que se produce la deformación) para un material dado independientemente del tamaño de la pieza componente. En este concepto, la deformación también es una variable muy importante, ya que define la deformación de un objeto. En resumen, el comportamiento mecánico de los sólidos generalmente se define por relaciones constitutivas tensión-deformación.Una deformación se denomina deformación elástica si la tensión es una función lineal de la deformación. En otras palabras, el estrés y la tensión siguen la ley de Hooke . Más allá de la región lineal, la tensión y la deformación muestran un comportamiento no lineal. Este comportamiento inelástico se denomina deformación plástica.
En la figura se muestra un diagrama esquemático de la curva de tensión-deformación del acero con bajo contenido de carbono a temperatura ambiente. Hay varias etapas que muestran diferentes comportamientos, lo que sugiere diferentes propiedades mecánicas. Para aclarar, los materiales pueden perder una o más etapas que se muestran en la figura, o tener etapas totalmente diferentes. En este caso, tenemos que distinguir entre las características de tensión-deformación de los materiales dúctiles y frágiles . Los siguientes puntos describen las diferentes regiones de la curva tensión-deformación y la importancia de varias ubicaciones específicas.
Límite proporcional . El límite proporcional corresponde a la ubicación de la tensión al final de la región lineal , por lo que el gráfico de tensión-deformación es una línea recta y el gradiente será igual al módulo elástico del material. Para el esfuerzo de tracción y compresión, la pendiente de la parte de la curva donde el esfuerzo es proporcional a la deformación se denomina módulo de Young y se aplica la ley de Hooke . Entre el límite proporcional y el punto de fluencia, la ley de Hooke se vuelve cuestionable y la tensión aumenta más rápidamente.
Punto de rendimiento . El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Máxima resistencia a la tracción . La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máximaque puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a "resistencia a la tracción" o incluso a "la máxima resistencia". Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores,temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.
Punto de fractura : El punto de fractura es el punto de deformación donde el material se separa físicamente. En este punto, la deformación alcanza su valor máximo y el material realmente se fractura, aunque la tensión correspondiente puede ser menor que la resistencia última en este punto. Los materiales dúctiles tienen una resistencia a la fractura menor que la resistencia máxima a la tracción (UTS), mientras que en los materiales frágiles la resistencia a la fractura es equivalente a la UTS. Si un material dúctil alcanza su máxima resistencia a la tracción en una situación de carga controlada, continuará deformándose, sin aplicación de carga adicional, hasta que se rompa. Sin embargo, si la carga está controlada por desplazamiento, la deformación del material puede aliviar la carga, evitando la ruptura.
En muchas situaciones, el límite elástico se utiliza para identificar la tensión permisible a la que se puede someter un material. Para los componentes que tienen que soportar altas presiones, como los que se utilizan en los reactores de agua a presión (PWR), este criterio no es adecuado. Para cubrir estas situaciones, la teoría de falla del esfuerzo cortante máximo se ha incorporado en el Código de recipientes a presión y calderas de ASME (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos), Sección III, Reglas para la construcción de recipientes a presión nucleares. Esta teoría establece que la falla de un componente de tubería ocurre cuando el esfuerzo cortante máximo excede el esfuerzo cortante en el punto de fluencia en una prueba de tracción.
Dúctil frente a quebradizo: curvas tensión-deformación
Algunos materiales se rompen de forma muy brusca, sin deformación plástica, en lo que se denomina rotura por fragilidad. Otros, que son más dúctiles, incluida la mayoría de los metales, experimentan cierta deformación plástica y posiblemente un estrechamiento antes de fracturarse. Es posible distinguir algunas características comunes entre las curvas de tensión-deformación de varios grupos de materiales. Sobre esta base, es posible dividir los materiales en dos categorías amplias; a saber:
Materiales dúctiles . La ductilidad es la capacidad de un material para alargarse en tensión. El material dúctil se deformará (alargará) más que el material quebradizo. Los materiales dúctiles muestran una gran deformación antes de la fractura. En la fractura dúctil, se produce una extensa deformación plástica (estrechamiento) antes de la fractura. La fractura dúctil (fractura por cizallamiento) es mejor que la fractura frágil, porque hay una propagación lenta y una absorción de una gran cantidad de energía antes de la fractura. La ductilidad es deseable en las aplicaciones de alta temperatura y alta presión en plantas de reactores debido a las tensiones añadidas sobre los metales. La alta ductilidad en estas aplicaciones ayuda a prevenir la fractura por fragilidad.
Materiales frágiles . Los materiales quebradizos, cuando se someten a tensiones, se rompen con poca deformación elástica y sin deformaciones plásticas significativas. Los materiales frágiles absorben relativamente poca energía antes de la fractura, incluso los de alta resistencia. En la fractura frágil (hendidura transgranular), no se produce ninguna deformación plástica aparente antes de la fractura. Las grietas se propagan rápidamente.
La siguiente figura muestra una curva típica de tensión-deformación de un material dúctil y un material quebradizo. Un material dúctil es un material donde la resistencia es pequeña y la región plástica es grande. El material soportará más tensión (deformación) antes de fracturarse. Un material quebradizo es un material donde la región plástica es pequeña y la resistencia del material es alta. La prueba de tracción proporciona tres hechos descriptivos sobre un material. Éstos son los esfuerzos en los que comienza la deformación plástica observable o "ceder"; la resistencia máxima a la tracción o la intensidad máxima de carga que se puede transportar en tensión; y el porcentaje de alargamiento o deformación (la cantidad que se estirará el material) y el porcentaje de reducción correspondiente del área de la sección transversal causada por el estiramiento. También se puede determinar el punto de rotura o fractura.
Endurecimiento por deformación
Una de las etapas de la curva tensión-deformación es la región de endurecimiento por deformación . Esta región comienza cuando la deformación va más allá del límite de fluencia y termina en el punto de resistencia máxima, que es la tensión máxima que se muestra en la curva de tensión-deformación. En esta región, la tensión aumenta principalmente a medida que el material se alarga, excepto que hay una región casi plana al principio. El endurecimiento por deformación también se denomina endurecimiento por trabajo o trabajo en frío . Se llama trabajo en frío porque la deformación plástica debe ocurrir a una temperatura lo suficientemente baja como para que los átomos no puedan reorganizarse. Es un proceso de hacer un metal más duro y más fuerte a través de la deformación plástica. Cuando un metal se deforma plásticamente,las dislocaciones se mueven y se generan dislocaciones adicionales. Las dislocaciones pueden moverse si los átomos de uno de los planos circundantes rompen sus enlaces y se vuelven a unir con los átomos en el borde de terminación. La densidad de la dislocación en un metal aumenta con la deformación o el trabajo en frío debido a la multiplicación de la dislocación o la formación de nuevas dislocaciones. Cuantas más dislocaciones haya dentro de un material, más interactuarán y se enredarán o enredarán. Esto dará como resultado una disminución de la movilidad de las dislocaciones y un fortalecimiento del material.
ley de Hooke
La mayoría de los materiales policristalinos tienen dentro de su rango elástico una relación casi constante entre tensión y deformación. En 1678, un científico inglés llamado Robert Hooke realizó experimentos que proporcionaron datos que mostraban que en el rango elástico de un material, la deformación es proporcional a la tensión . Robert Hooke concluyó que la fuerza F en cualquier resorte es proporcional a la extensión (la deformación del estado relajado) x de la siguiente manera:
F = k · x
donde el término k es la rigidez del resorte yx es pequeño en comparación con la posible deformación total del resorte. Eventualmente debe fallar una vez que las fuerzas excedan algún límite, ya que ningún material puede comprimirse más allá de un cierto tamaño mínimo, o estirarse más allá de un tamaño máximo, sin alguna deformación permanente o cambio de estado.
En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. En esta región, el alargamiento de la barra es directamente proporcional a la fuerza de tracción y la longitud de la barra e inversamente proporcional al área de la sección transversal y al módulo de elasticidad . Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young .
Podemos extender la misma idea de relacionar el esfuerzo con la deformación y las aplicaciones de corte en la región lineal, relacionando el esfuerzo de corte con la deformación de corte para crear la ley de Hooke para el esfuerzo de corte :
Para materiales isotrópicos dentro de la región elástica, puede relacionar la relación de Poisson (ν), el módulo de elasticidad de Young (E) y el módulo de elasticidad de corte (G):
Los módulos elásticos relevantes para los materiales policristalinos:
Módulo de elasticidad de Young. El módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.
Módulo de elasticidad a cortante. El módulo de corte, o módulo de rigidez, se deriva de la torsión de una probeta cilíndrica. Describe la respuesta del material al esfuerzo cortante. Su símbolo es G. El módulo de corte es una de varias cantidades para medir la rigidez de los materiales y surge en la ley de Hooke generalizada.
Módulo de elasticidad a granel. El módulo de elasticidad volumétrico describe la elasticidad volumétrica o la tendencia de un objeto a deformarse en todas las direcciones cuando se carga uniformemente en todas las direcciones. Por ejemplo, describe la respuesta elástica a la presión hidrostática y la tensión equilátera (como la presión en el fondo del océano o una piscina profunda). También es propiedad de un material la que determina la respuesta elástica a la aplicación de tensión. Para un fluido, solo el módulo volumétrico es significativo.
[/ lgc_column]
References:
Ciencia de los materiales:
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: entender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
[/ su_spoiler] [/ su_accordion] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Véase más arriba:
Propiedades del material [/ su_button] [/ lgc_column]
[/ lgc_column]
Esperamos que este artículo, Fortaleza , te ayude. Si es así, danos un me gusta en la barra lateral. El objetivo principal de este sitio web es ayudar al público a conocer información importante e interesante sobre los materiales y sus propiedades.
Los rayos X , también conocidos como radiación X , se refieren a la radiación electromagnética (sin masa en reposo, sin carga) de altas energías. Los rayos X son fotones de alta energía con longitudes de onda cortas y, por lo tanto, de muy alta frecuencia. La frecuencia de radiación es un parámetro clave de todos los fotones, porque determina la energía de un fotón. Los fotones se clasifican según las energías, desde las ondas de radio de baja energía y la radiación infrarroja, pasando por la luz visible, hasta los rayos X de alta energía y los rayos gamma .
Si la capa de valor medio para el agua es 4.15 cm, el coeficiente de atenuación lineal es:
Ahora podemos usar la ecuación de atenuación exponencial:
