dudas de exámenes sobre física nuclear, cuántica, detectores, etc

Foro de discusion Sobre RFH

Moderador: Alberto

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Isaac_T_R
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dudas de exámenes sobre física nuclear, cuántica, detectores, etc

Mensaje: # 127379Mensaje Isaac_T_R
Mar Oct 09, 2018 12:39 pm

Hola, buenos días.
Os paso algunos ejercicios que yo no tengo del todo claro:

Física nuclear:
Examen 2008:
190.Considere las correcciones de estructura fina a las energías de los estados electrónicos de un átomo hidrogenoide (un electrón en el campo coulombiano de un núcleo puntual de masa infi-nita y de carga +Ze) descrito por la ecuación de Schrodinger.¿Cuál de las siguientes afirmacio-nes es FALSA?:
1.El nivel hidrogenoide n (degenerado 2n2 veces) se desdobla en n subniveles correspondientes j = 1/2, 3/2, …, n – 1/2.
2.El término de corrección de energía cinética es diagonal en la base no acoplada de estados |nlmlms>.
3.La magnitud de la corrección de estructura fina (total) aumenta con n y j crecientes pero dismi-nuye con Z crecientes.
4.El término de espín-órbita es diagonal en la base acoplada de estados |nljmj>.
5. El término de Darwin sólo afecta a los estados con momento angular l = 0.

No lo veo claro la dependencia que dicen.

Examen 2007:
154.¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el efecto de un campo eléctrico estático sobre los átomos es FALSA?:
1. El estado fundamental del hidrógeno presenta efecto Stark cuadrático.
2. El átomo puede ser ionizado por efecto túnel.
3. Los niveles excitados del hidrógeno presentan efecto Stark lineal.
4. El estado fundamental de los átomos multielec-trónicos no presenta efecto Stark lineal.
5. El hamiltoniano de la perturbación causada por el campo eléctrico es un operador par.

Apenas tengo información sobre el efecto Stark.

155.Un átomo se encuentra en un estado excitado como consecuencia de tener una vacante en la capa K tras haberle sido arrancado uno de los electrones de dicha capa. En la aproximación dipolar eléctrica, ¿cuál de las siguientes afirma-ciones es correcta?:
1. Un electrón 2s puede efectuar una transición hacia el orbital 1s vacío, emitiéndose un rayo x característico Kα.
2. Sólo son posibles transiciones radiativas, al estar prohibida la emisión de electrones Auger.
3. Si se emite un rayo x, el orbital desde el cual el electrón efectúa la transición ha de tener paridad par.
4. La emisión de un rayo x es posible si el electrón que efectúa la transición lo hace desde un esta-do con momento angular orbital igual a 1.
5. Puede emitirse un electrón Auger KLL cuya energía está dada por la distribución de Fermi.

163.¿Cuál de los siguientes procesos no produce un hueco en alguna de las capas K, L M, ... en un átomo?:

1. Efecto fotoeléctrico.
2. Conversión interna.
3. Captura electrónica.
4. Desintegración β-

5. Efecto Auger.

¿Esque siempre se emite de capas muy alejadas?

Mecánica cuántica:
208
187. Para L = 1 y S = 1/2 los valores posibles de L• S son:

1.(1/2 , -1/2)ħ2.
2.(-/2 , 1)ħ2.
3.(1/2 , 1)ħ2.
4.(-1/2 , -1)ħ2.
5. (1/2 , -1)ħ2.


Física nuclear:
2009:
180. La sección eficaz de la fisión del 235U por neutrones termales es de 580 barns. La sección eficaz de la absorción de neutrones termales para el 238U es de 2.8 barns. El uranio natural se compone de un 0,72% de 235U y un 99,28 de 238U. ¿Cuál es la proporción de neutrones de fisión producidos respecto a neutrones absorbidos en el uranio natural?:
Datos:
Probabilidad de fisión del 235U = 85%.
Nº neutrones medio/fisión = 2,5.

1. 1,36.
2. 1,50.
3. 3,76.
4. 3,19.
5. 1,28.

2008
174.Calcula la frecuencia de la resonancia magnética nuclear de un protón en un campo magnético de 1 tesla:
Dato: μN = 3.15 • 10-14 Mev • T-1.

1.43 Hz.
2.800 KHz.
3.800 MHz.
4.90 MHz.
5. 43 MHz.


Interacción radiación-materia:
2009
198. El rango de penetración de las partículas alfa de 5,5 MeV en C, H y O es de 5,10 mg/cm2, 2,23 mg/cm2 y 5,62 mg/cm2, respectivamente. Estime el rango de estas partículas en un material cuya composición en peso es: 62,5% de C, 4,2% de H y 33,3% de O:
1. 4,32 mg/cm2.
3. 4,94 mg/cm2.
4. 5,62 mg/cm2.
5. 3,58 mg/cm2.

Como sé que son colla rollo exponenciales imagino que ha de estar más cerca del C que de cualquier otro, quizá un poco más abajo por la poca penetración del H, pero no sé hacer el calculo exacto.

PedroRet
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Re: dudas de exámenes sobre física nuclear, cuántica, detectores, etc

Mensaje: # 127381Mensaje PedroRet
Mar Oct 09, 2018 10:13 pm

Buenas Isaac.

Voy a intentar contestar las que creo que sé.

155. En este caso, si hay una vacante en la capa K, quiere decir que el electrón que ocupe ese hueco pasará a una subcapa s, es decir, L=0. Con ésto, veamos que podemos decir. La 1 no puede ser, pues nos dicen que un electrón 2s pasa a 1s, lo cual está prohibida por las reglas de selección de la aproximación dipolar eléctrica. La 2 tampoco puede ser, pues que yo sepa si un electrón permitido cae en el hueco y expulsa radiación característica, la expulsión de electrones Auger siempre puede pasar. La 3 creo que es la más difícil de ver, pues en mi opinión va a algo muy sutil que es que la transición dipolar eléctrica no hay cambio de paridad, lo que quiere decir que sea una transición par-par o impar-impar, no solo par. La 4 es cierta, pues en este caso se cumple la regla de selección de Delta L=+-1. La 5, me suena raro lo de "cuya energía está dada por la distribución de Fermi"; que yo sepa la energía del electrón Auger estará por la diferencia entre la energía de la radiación característica de rayos X y la de ligadura de la capa del electrón.

163. No, en el caso de la desintegración beta, el electrón es expulsado desde el núcleo para compensar la relación de neutrones y protones del núcleo. En el resto de fenómenos, los electrones son absorbidos desde capas cercanas al núcleo o expulsados desde capas cercanas al núcleo, pero siempre formando parte de la corteza.

208. (L+S)^2=L^2+S^2+2LS. Teniendo en cuenta que L+S=J, que los valores propios de J^2, L^2 y S^2 son j(j+1), l(l+1) y s(s+1), y que además j=|l-s|,(l+s); si metes los valores de L y S del enunciado como l y s, y los dos posibles valores de j y despejas, te sale el ejercicio.

2008.174. Si buscas información sobre la frecuencia de Larmor en RMN encontrarás algo así: E=2*mu*B y junto con E=h*f. Juntando las dos expresiones puedes llegar al resultado.

Espero te sirva de ayuda.

Un saludo.

Isaac_T_R
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Re: dudas de exámenes sobre física nuclear, cuántica, detectores, etc

Mensaje: # 127382Mensaje Isaac_T_R
Mié Oct 10, 2018 11:09 am

Perfecto, muchas gracias por tus respuestas PedroRed. He entendido muy bien estas 4.

patricia_smeets
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Re: dudas de exámenes sobre física nuclear, cuántica, detectores, etc

Mensaje: # 127393Mensaje patricia_smeets
Vie Oct 12, 2018 6:10 pm

Hola Isaac,

Examen 2007:
154.¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el efecto de un campo eléctrico estático sobre los átomos es FALSA?:
1. El estado fundamental del hidrógeno presenta efecto Stark cuadrático.
2. El átomo puede ser ionizado por efecto túnel.
3. Los niveles excitados del hidrógeno presentan efecto Stark lineal.
4. El estado fundamental de los átomos multielec-trónicos no presenta efecto Stark lineal.
5. El hamiltoniano de la perturbación causada por el campo eléctrico es un operador par.

Tengo algo de información sobre el efecto Stark. Voy a intentar ser concisa y clara, pero ten en cuenta que no es un tema que domine para nada.
Lo que yo he aprendido:
- Cuando un átomo está sometido a un campo eléctrico constante se producen variaciones en la forma de su espectro.
- Para un átomo de hidrógeno: E = e·epsilon·z (e es la carga del electrón, epsilon es la magnitud del campo eléctrico constante y z es la dirección de este campo eléctrico).
- Se aplica la teoría de perturbaciones al átomo de hidrógeno en su estado fundamental para calcular el desplazamiento en energía en dicho estado. Para el primer orden del desarrollo perturbativo: Aparece una integral en la que hay el producto de una función par (módulo al cuadrado de la función de onda, recuerda que la función de onda puede ser par o impar pero el módulo al cuadrado es siempre par) por otra impar (z, la dirección del campo eléctrico). Luego la integral es 0 y se tiene que en estado fundamental NO hay cambio de energía en el primer orden perturbativo.
Hacemos la misma integral chunga, con perdón, para el segundo orden de la teoría de perturbaciones. Ahí la integral ya no es 0, de hecho, queda en función de epsilon2, luego el nivel fundamental del átomo de hidrógeno tiene efecto Stark cuadrático. Luego la 1 es CIERTA.
- Para átomos de hidrógeno excitados, se resuelve una ecuación secular y se ve que los desplazamientos de energía son proporcionales a epsilon. Sin cuadrado, luego efecto Stark lineal. La 3 es CIERTA.
- Para átomos polielectrónicos, el desplazamiento energético es proporcional al cuadrado del campo (efecto Stark cuadrático). Deducimos que la 4 es también CIERTA.
- Sobre el hamiltoniano: NO es diagonal y corresponde a z (la dirección del campo eléctrico) que como hemos visto al principio es impar. Luego es la 5 la falsa.

Siento el rollo...

Patricia

Isaac_T_R
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Re: dudas de exámenes sobre física nuclear, cuántica, detectores, etc

Mensaje: # 127404Mensaje Isaac_T_R
Vie Oct 12, 2018 10:29 pm

Patricia, no es ningún rollo. Me va muy bien tu respuesta.
El rollo solo lo sueltan los trols que estan asaltando el foro. Entre el de la viagra y los chinos estos que meten propaganda chunga, seguro que son webs que meten trollanos y de todo.

Agradezco mucho el esmero y el detalle de tu respuesta Patricia. Cualquier duda preguntad (tu también PedroRet que ayudas mucho pero nosotros aún no te hemos podido ayudar).

Atentamente.

patricia_smeets
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Re: dudas de exámenes sobre física nuclear, cuántica, detectores, etc

Mensaje: # 127428Mensaje patricia_smeets
Dom Oct 14, 2018 9:31 pm

Hola de nuevo Isaac,

Es lo normal, tú me estás ayudando mucho. En nada haré un post recopilatorio con todas mis dudas, que son millones :oops: :oops: :oops:
Parece que el chino se ha calmado :D

Interacción radiación-materia:
2009
198. El rango de penetración de las partículas alfa de 5,5 MeV en C, H y O es de 5,10 mg/cm2, 2,23 mg/cm2 y 5,62 mg/cm2, respectivamente. Estime el rango de estas partículas en un material cuya composición en peso es: 62,5% de C, 4,2% de H y 33,3% de O:

1. 4,32 mg/cm2.
3. 4,94 mg/cm2.
4. 5,62 mg/cm2.
5. 3,58 mg/cm2.

Creo que la tengo.
Si te fijas, los valores que nos dan es lo que llamamos el espesor másico y que es 1/coeficiente de atenuación másico.

El coeficiente de atenuación másico de un compuesto se calcula haciendo:
m)compuesto = w1·μm1 + w2·μm2 + ... + wn·μmn
con w la ponderación de cada elemento en el compuesto y μmi los coeficientes de atenuación másicos de cada elemento del compuesto.
Entonces calculas
m)compuesto = 0.625 · (1/5.10) + 0.042 · (1/2.23) + 0.333 · (1/5.62) = 0.200635

Haces 1/0.200635 y obtienes el rango de penetración, que me da 4.98 mg/cm2.

A ver si logramos hacer las 2 que nos quedan :bounce:

Patricia

patricia_smeets
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Re: dudas de exámenes sobre física nuclear, cuántica, detectores, etc

Mensaje: # 127440Mensaje patricia_smeets
Mié Oct 17, 2018 11:43 pm

Hola Isaac,

Respondo a esta:

2009:
180. La sección eficaz de la fisión del 235U por neutrones termales es de 580 barns. La sección eficaz de la absorción de neutrones termales para el 238U es de 2.8 barns. El uranio natural se compone de un 0,72% de 235U y un 99,28 de 238U. ¿Cuál es la proporción de neutrones de fisión producidos respecto a neutrones absorbidos en el uranio natural?:
Datos:
Probabilidad de fisión del 235U = 85%.
Nº neutrones medio/fisión = 2,5.
1. 1,36.

2. 1,50.
3. 3,76.
4. 3,19.
5. 1,28.

Si no se entiende mi explicación tengo el cálculo hecho, puedo subir una foto, ya me dirás.

Entiendo que los neutrones que interaccionan con el U-238 sólo sufrirán un proceso de absorción (nos dan la sección eficaz). Los que lo hacen con el U-235 pueden sufrir una fisión (nos dan la sección eficaz) o ser absorbidos sin producir fisión (NO nos dan una sección eficaz pero nos dicen que el 85% de los neutrones harán que el U-235 fisione, luego habrá una parte de esos neutrones que hará otra cosa -ser absorbidos-).
La relación buscada sería (neutrones de fisión) / (neutrones absorbidos), con:
neutrones de fisión: ν · x235·σfisión, siendo v el número medio de neutrones producidos por fisión (2.5), x235 la fracción isotópica del U-235 en el U natural (0.0072) y σfisión la sección eficaz de fisión para el U-235.
neutrones absorbidos = suma de 2 contribuciones:
absorciones U-238= x238·σabs, siendo x238 la fracción isotópica del U-238 en el U natural (0.9928) y σabs la sección eficaz de absorción para el U-238.
absorciones U-235= serían las fisiones + las absorciones. Al no tener la sección eficaz de absorción del U-235 hemos de jugar con el dato de probabilidad de fisión. Si el 85% de los neutrones que interaccionan con el U-235 producen una fisión, lógicamente tendré más (pues el 15% de esos neutrones será absorbido sin producir fisión). Luego sería x235·σfisión/ probabilidad de fisión --> así hallo los neutrones totales que van a interaccionar con el U-235.
Si haces el cálculo da 1.357.

No sé si me he explicado bien, con toda confianza puedes decirme que no :)

Patricia

patricia_smeets
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Re: dudas de exámenes sobre física nuclear, cuántica, detectores, etc

Mensaje: # 127514Mensaje patricia_smeets
Lun Nov 05, 2018 7:08 pm

Hola Isaac,

Creo que puedo aportar algo de luz a esta pregunta tuya que faltaba por responder.
Examen 2008:
190.Considere las correcciones de estructura fina a las energías de los estados electrónicos de un átomo hidrogenoide (un electrón en el campo coulombiano de un núcleo puntual de masa infinita y de carga +Ze) descrito por la ecuación de Schrodinger.¿Cuál de las siguientes afirmaciones es FALSA?:

1.El nivel hidrogenoide n (degenerado 2n2 veces) se desdobla en n subniveles correspondientes j = 1/2, 3/2, …, n – 1/2.
2.El término de corrección de energía cinética es diagonal en la base no acoplada de estados |nlmlms>.
3.La magnitud de la corrección de estructura fina (total) aumenta con n y j crecientes pero disminuye con Z crecientes.
4.El término de espín-órbita es diagonal en la base acoplada de estados |nljmj>.
5. El término de Darwin sólo afecta a los estados con momento angular l = 0.

Como había mucha fórmula lo he hecho a mano (ver foto). Si no está claro dímelo e intentaré responderte lo mejor que pueda.
La 1 es evidentemente correcta y en cuanto a la 2 y la 4, es la base que utilizan en la teoría cuando explican de dónde viene cada término, siento no poder decir más al respecto...

Patricia
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