En esta entrada queremos presentaros un gran proyecto del que formamos parte, el proyecto ADMIRA (Actividades con Detectores Medipix para la Investigación de Radiación en el Aula).
Se trata del tipo de iniciativas que en LIWU nos apasiona, acercar lo máximo posible la investigación moderna a las aulas con el mayor rigor y comprensibilidad posibles.
Contenidos
¿Qué es el proyecto ADMIRA?
En el CERN un grupo de investigadores han desarrollado la familia de sensores Timepix. Estos sensores permiten hacer medidas en tiempo real de la radioactividad que pasa por su detector, con el gran añadido de poder ver las trazas, formas y cantidad de energía de la radiación al momento (entre otras muchas cosas).
Este proyecto consta de la siguiente estructura:
- Una serie de sesiones formativas para alumnos y profesores, en las que se trabajan aspectos técnicos y fundamentales del sensor, así como otros temas de acercamiento de la ciencia moderna a los alumnos (como la radiación de sincrotrón o energía y materia oscura).
- Asesoramiento y alquiler de los sensores, que van pasando por los diferentes centros e instituciones inscritas en el programa. Con estos sensores los docentes pueden llevar a cabo gran cantidad de experiencias en el aula, o dar la posibilidad de realizar trabajos de investigación de bachillerato a alumnos con interés en estos campos.
Introducción a física de radiaciones y uso del sensor
Antes de continuar, y ver cómo funciona el sensor Minipix con algunos ejemplos, vamos a hacer una pequeña introducción para todos aquellos interesados en el tema, pero sin conocimientos previos en el campo de la física de radiaciones.
La radioactividad es el fenómeno en el que el núcleo de un átomo inestable pierde energía, liberándola en forma de radiación. Esta radiación la podemos clasificar en tres tipos: Gamma, Beta y Alfa.
La radiación Gamma se trata de luz, pero no de la que las personas somo capaces de ver, si no luz con mucha más energía que la de la luz visible. La radiación Beta se trata de electrones que salen disparados a velocidades extremadamente elevadas (98% de la velocidad de la luz).
Por último, la radiación Alfa trata de una partícula emitida formada por un conjunto de dos protones y dos neutrones (las mismas partículas que constituyen el núcleo del átomo de Helio). Las partículas alfas también viajan a grandes velocidades (5% de la velocidad de la luz, más lentas que la radiación Beta, pero con muchísima más masa, aproximadamente 7288 veces más masa!).
Pasemos a ver ahora los diferentes tipos de radiación medidas por el sensor Minipix. En la siguiente imagen de la izquierda podemos ver una mancha roja circular, que se asemeja a un cráter. Esto se trata claramente de la detección de una partícula alfa. Por otro lado, podemos observar en la imagen de la derecha un claro ejemplo de partícula Beta, en este caso al tratarse de una partícula muchísimo más ligera que la alfa, esta presenta un camino más errático a lo largo del detector, tomando forma similar a la de un gusano.
La detención de radiación Gamma puede resultar mucho más difícil de identificar, siendo fácilmente confundible con radiación Beta de baja energía. Todo y eso, es posible realizar medidas de dicha radiación, pero ello requiere de un análisis más detallado y un uso de funciones avanzadas del programa de recogida de datos.
Partícula alfa
Partícula beta
Aplicaciones y contextualización pedagogía de este recurso
El dispositivo Minipix, junto con el programa diseñado para la recogida y el análisis de los datos, es una herramienta con un inmenso potencial didáctico. La posibilidad de poder realizar medidas de radioactividad reales de forma inmediata en el aula, de una forma tan visual y clara de representar la información, permite poder transmitir y visualizar gran cantidad de fenómenos, que de otra forma solo permitirían un enfoque teórico/abstracto.
Usualmente ante la falta de un sensor, se emplea el uso de simuladores que, todo y tener una gran capacidad de representación, carecen de la vital importancia de la medida real. También se hace con el uso de sensores más tradicionales de radioactividad que nos permiten poder detectar la existencia de radiación, pero están muy lejos de poder transmitir la cantidad de información y la inmediatez que el dispositivo Minipix proporciona.
Otro aspecto que considerar podría ser la posible problemática de disponer de muestras de radiación útiles para poder experimentar. Claramente, con materiales con gran radiación como el Uranio o el Radio, obtendríamos un gran desfile de partículas radioactivas por nuestras pantallas. Ahora bien, ni muchísimo menos estar en posesión de dichos materiales es una condición necesaria ni factible en la mayoría de los casos.
En nuestro entorno hay gran cantidad de fuentes de radioactividad natural a las que estamos expuestos diariamente, nosotros mismos lo somos en determinadas cantidades.
Un claro ejemplo es el potasio, un elemento que produce fundamentalmente radiación Beta y que es muy común en nuestro entorno. La banana contiene notables cantidades de potasio o la sal de cloruro de potasio, recomendada como substitutivo de la sal común (cloruro de sodio) para personas con déficit de potasio. El cloruro de potasio es un gran candidato como fuente para realizar experiencias en el aula y la podemos encontrar en un supermercado. En la siguiente imagen puede verse una comparativa entre una medida ambiental sin muestra y una medida con una pequeña cantidad de cloruro de potasio realizadas con el sensor Minipix.
Medida de radioactividad ambiental
Medida de radioactividad de Cloruro de Potasio
Por otro lado, la medida de radiación Alfa representa un mayor reto, todo y eso no imposible. En el aire hay una pequeña cantidad de radón, fuente de partículas alfas. Poder llegar a capturar estas partículas con el sensor es bastante difícil ya que, a diferencia de los ejemplos presentados con la radiación Beta, el número de partículas emitidas y la distancia que estas sobreviven en el aire es muy inferior. Todo y eso, resultan observables si realizamos medidas de larga exposición, es decir, esperando suficiente tiempo hasta tener la suerte de que algún “Alfa” caiga en nuestro sensor.
Otra alternativa, para medir partículas Alfa podrían ser las nueces de Brasil. Según datos del USNRC las nueces de Brasil se encuentran entre los alimentos que presentan una radioactividad mayor y podemos encontrarlas fácilmente en el supermercado.
La radioactividad de este fruto seco le viene dada por que las raíces de los árboles de la que provienen tienen la característica de poseer unas raíces especialmente largas y profundas, y sumado el hecho de que el suelo de Brasil en profundidad contiene uranio, esto hace que este elemento llegue hasta las nueces. Cabe remarcar que el número de partículas alfas emitidas continúa siendo muy pequeño, pero todo y eso, nos permite poder realizar experiencias sencillas en el aula. A continuación, puede verse la comparativa de la medida de nueces de Brasil como muestra y una medida ambiental, donde podemos ver cómo hemos conseguido “cazar” una partícula alfa.
Medida de radioactividad ambiental
Medida de radioactividad de nueces de Brasil
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