i e csic viaje al m interior de la materia · 2017. 12. 5. · 4/8/14j. sánchez del río sáez:...

Grupo de Física Nuclear Experimental

IEM

CSIC

Viaje al Interior de la

Materia

La Escala Nuclear Descubrimiento del Mundo Subatómico

Detectores de Radiación Estructura Nuclear y Reacciones Aplicaciones: Terapia con hadrones,

Energética nuclear Astrofísica nuclear

J. Sánchez del Río SáezInst. Estructura de la Materia, CSIC

4/8/14J. Sánchez del Río Sáez: "Viaje al Interior de la Materia"1

XI INICIACIÓN A LA INVESTIGACIÓN


IEM

CSIC

¿Qué hay tras la motivación de un científico?

UNIVERSO¿Cómo funciona?

¿Cómo se organiza?

¿Cómo surgió?

…Los límites del conocimiento humano se sitúan en lo más grande, lo inabarcable…

La Cosmología se ocupa de estudiar el Universo a esta escala.

CuriosidadTamaño de las cosas

Composición

4/8/142J. Sánchez del Río Sáez: "Viaje al Interior de la Materia"


IEM

CSIC

El tamaño de nuestro Universo



IEM

CSICMotivación científica

Los límites del conocimiento humano no sólo están en lo

muy grande sino también en lo muy pequeño ...

La misma curiosidad también nos lleva al interior de las

cosas…

Física de Nuclear/Partículas: Ciencia que tiene como objetivo estudiar y entender los

componentes básicos de la materia y cómo se relacionan entre ellos



IEM

CSIC


El reto de intentar conocer y explicar cómo funciona la Naturaleza es

fascinante…

Desde una posición tan restringida (tan pequeños para unas cosas, tan

grandes para otras, tan insignificantes en el tiempo), llegar a

conocer todo esto es difícil.La mejor herramienta que tenemos para describir la naturaleza son las

matemáticas.El lenguaje de la Ciencia

¿Fascinante?

Los detectores enviarán datos a un ritmo de 700 MB/sec. Esto es ~30,000 Enciclopedias Británicas cada segundo!

Grandes clusters


IEM

CSIC

La Escala Nuclear


MUY MALA REPRESENTACIÓNDEL ÁTOMO !!!

A escala: si representamos un núcleo de C con la cabeza de un alfiler en medio del Santiago Bernabeu, un átomo de C equivaldría a tener electrones dando vueltas alrededor de la cabeza de alfiler por las gradas del estadio


IEM

CSIC

Descubrimiento de la radioactividad natural Premio Nobel 1903

"in recognition of the extraordinary services he has rendered by his discovery of spontaneous radioactivity"

Pierre CurieMarie Curie

Los Curie Premio Nobel 1903

Henry Becquerel

1896, Sales de uranio → radiación penetrante :Independiente del compuesto químico

Obtuvieron las mismas propiedades en sales de Torio

Hipótesis: Radiación propiedad atómica, Radiactividad

En Bismuto descubrieron un elemento más activo: Polonio. En fragmentos de Bario encontraron Radio



IEM

CSIC

Propiedades de la radioactividad

..y Rutherford fue a Cambridge para trabajar con Thomson en propiedades de los rayos X. Interesado por los rayos de Becquerel descubrió que los había de 3 tipos: α, β, γ

..y Rutherford fue a McGill a trabajar con Soddy y descubrieron que la radioactividad transforma unos elementos en otros (PN 1908)

Transmutación

“¡Por Dios, Soddy, no lo llames ‘transmutación’! ¡Acabarán con nosotros por alquimistas!”

E. Rutherford



IEM

CSIC

Módelos atómicos

Modelo de “plumb pudding”

Thomson

Rutherford

1907, Manchester (UK)Estudió la dispersión de partículas α en láminas de mica, Au... Descubrimiento de la composición del átomo 1910

Haz de partículas α

Haz de partículas αLámina de Au

Lámina de Au

Geiger y Marsden observaron Retrodispersión 1 de cada 20000

E. Rutherford, Phil. Mag. 6Th Series, 21 (1911) 669


+

++

+

+++

-- -

--

-

-


IEM

CSIC

Tabla de núclidos / Paisaje NuclearElementos Super-pesados


Desintegración β+-EC (exceso de p) Desintegración β- (exceso de n) Desintegración α (exceso de p y A) Fisión (núcleos muy pesados)

256 núcleos estables

Núcleos producidos en Laboratorio ≈700


IEM

CSIC

Aceleradores de Partículas: los microscopios de la F.N.

LHC: 27 km de circunferencia

1232 imanes superconductores.

Comenzó a operar en 2009

LHC: Temperatura de LHe (≈ -270 ºC)

Ha costado ≈2200 M€ (JJOO)

FAIR (Facility for antiproton and ion research)


IEM

CSIC

Espectrómetros y Detectores


CMAMAGATA

AGATACrystalBall

Heavy exotic nuclei at extremely high intensities

SPIRAL2


IEM

CSIC

Espectrómetros y Detectores

50um Ti Foil, to scatter50um Ti Foil, to scatterProtons Protons

E-spread in angle E-spread in angle 70-230 MeV 70-230 MeV Protons, up to Protons, up to

10nA10nA

Cepa at 17 deg, other detectors

also visible

Cepa4 Cepa4 prototypeprototype

Crystal 5. prototype 8cm long


IEM

CSIC

Grandes Instalaciones en Europa

- En España: ALBA, CMAM y CNA (no aceleran haces radioactivos)

- Instalaciones de haces radioactivos en Europa: CERN, GSI, GANIL…

- En otros continentes: TRIUMF, MSU, RIKEN…

FAIR(2017)



IEM

CSIC

Deformación Nuclear


Núcleos esféricos Núcleo oblato Núcleo prolato

La forma del núcleo puede oscilar: vibraciones

El núcleo deformado puede rotar

Los núcleos no son puntos sin estructura, tienendistintas formas

En los núcleos podemos alinerar su spin (momento magnético) e invertirlo como un espejo


IEM

CSIC

Núcleos con Halo

Isótopos de Litio

6Li 7Li 8Li 9Li11Li

Efecto observado en reacciones Energía de enlace mínima Radios cuadráticos medios Equivalentes: 11Li y 48Ca

roA1/3



IEM

CSIC

Terapia con iones pesados/GSI 50 pacientes tratados anualmente desde dic. 1997

Propiedades clínicas importantes de los iones pesados

Profundidad en agua (cm)

Dosis efectiva [u nidades arb.]

Mejora en la eficiencia biológica

Zona tumor


Unmodified Bragg peak


IEM

CSIC

1. Fuente de Iones de C02, libera C2

ionizado.

2. Acelerador lineal a 10 % de la velocidad de la

luz c

3. Syncrotrón acelera iones de C hasta 73 %

de c

HIT: Centro de terapia con haces de iones en Heidelberg

Este centro, realizará terapia con protones e iones pesados.

Tiene permiso para tratar pacientes desde 2 Nov 2009Esperado: 1300 p/y

Tratará tumores de difícil acceso hasta 30cm.


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IEM

CSIC Etapas en la investigación en F. N. Experimental

1) Propuesta y Preparación del experimento ‘en casa’

2) Realización del experimento

Interés físico y viabilidad → Defensa ante un comité científico. Simulaciones Monte Carlo del experimento, detectores … Preparación de detectores, electrónica, sistemas de adquisición

…

Traslado de material al laboratorio correspondiente Montaje experimental (1 semana… 4 meses… años… ) Medida con haz (1 semana)



IEM

CSIC

Detectores usados en el Lab del GFNExpGermanium Detectors

Scintillator crystals

DSSSDs and SSDs

CEPA

IFJPan Krakow

10 cm2.3 cm

1,9 cm 4cm LaBr3 6cm LaCl3

Phoswich Scintillator Crystal DSSSD + CEPA


IEM

CSIC

SCINTILLATORS and APPLICATIONS

Kind of Scintillator

NaI BaF2 fast/slow

LaBr3(Ce)

LaCl3(Ce)

CeBr3 CsI(Tl) BGO

Photons/KeV 38 1.8/10 63 49 98 54 10

1st dec. time 250 0.7/630 16 28 17 1000 300

Peak emission wavelength

415 220/310

380 350 371 550 480

Density (g/cm3) 3.67 4.88 5.08 3.85 5.20 4.51 7.13

Intrinsic Radioactivity

No Yes Yes Yes No No

Higroscopicity Yes Slight Yes Yes Yes Slight NoEnergy Resol at 137Cs (662 keV)

6.50 11.4 2.80% 3.10% 5.0% 5.70% 5.30

-180º +180º-180º

180º


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CSIC


Sin grandes inversiones en

desarrollo y mejora de aceleradores y

detectores ⇒ El avance será

muy difícil

¡Gracias por vuestra atención!

We Need Funding!!!!

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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