kit de detección  de  radiación nuclear con manual  de anexo con la Física  pertenecida

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Título :	kit de detección de radiación nuclear con manual de anexo con la Física pertenecida
Autor :	PATIÑO SALAZAR, MIGUEL ENRIQUE PAIC, O GUY
Fecha de publicación :	2019
Resumen :	INTRODUCCIÓN La enseñanza de la ciencia en Preparatoria presenta dificultades y retos. La divulgación de la ciencia ha logrado avances pero los programas de enseñanza no evolucionan a la par que los temas de divulgación y los avances científicos. La especialización de la ciencia y la falta de presupuesto obstaculizan la renovación en las escuelas de equipo experimental. El equipo es indispensable para complementar con prácticas comprensibles. Aún con estas dificultades, se debe mejorar la formación en ciencia de los estudiantes de Preparatorias. Por tal motivo la enseñanza de la ciencia en la ENP debe ser atractiva para reforzar los conocimientos y los educandos deben realizar experimentos que estimulen su curiosidad para resolver situaciones que hoy solucionan los científicos profesionales. Motivados por esta perspectiva, formamos un grupo de trabajo que desea tener un impacto en la enseñanza de temas modernos en áreas científicas que presentan problemas en la enseñanza aprendizaje: la física y las matemáticas relacionadas con Astronomía. El grupo de trabajo está formado por investigadores de los Institutos de Ciencias Nucleares, técnicos Académicos , profesores de distintas entidades de la UNAM y especialistas de otras instituciones
URI :	http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/6090
metadata.dc.contributor.responsible:	PATIÑO SALAZAR, MIGUEL ENRIQUE
metadata.dc.coverage.temporal:	2019-2021
metadata.dcterms.educationLevel.SEP:	Licenciatura
metadata.dc.description.objective:	En el segundo año de duración del proyecto se propone generar un kit con propósitos didácticos controlado y monitorio de datos en android, con el fin de promover una red de detectores diversas entidades de la UNAM. a) Asistir al Congreso de instrumentacion SOMI y UNAM y al congreso de Nacional de Física. b). Organizar y coordinar visita guiada de los estudiantes de Preparatorias al Instituto de Ciencias Nucleares con el fin de que conozcan el Laboratorio de detectores y las líneas de investigación que ahí se realizan. c) Promover estancias académica de alumnos de preparatorias en el Instituto de Ciencias Nucleares. d).Organizar conferencias con el fin de difundir el tema del detector de rayos cósmicos en Preparatorias y universidades de las Región e) Diseñar página Web alusiva al proyecto. 1.-Diseñar una estación detectora basada en centelladores plásticos, sincronizada a través de una aplicación remota android para la detección de muones. 2.-Desarrollar un sistema de adquisición y control de datos para un detector de rayos cósmicos con múltiples lenguajes de programación que permitan seleccionar la opción óptima. 3-.Desarrollar un kit de propósito didáctico a partir del prototipo inicial, que fue instalado en P4 de la ENP. 4.- .Promover el interés científico entre los estudiantes y profesores de escuelas preparatorias de la UNAM. . 5.- .Propiciar que estudiantes de nivel medio superior consideren carreras científicas como opciones de desarrollo profesional. 6.- .Apoyar la superación académica de los profesores de ciencias de escuelas de educación media superior mediante la motivación que genera involucrarse en proyectos de alto nivel científico. 7.- Creación de carteles. Los alumnos participantes diseñarán carteles y con temas alusivos al proyecto. Estos carteles serán expuestos en la exhibición de congresos de Física e instrumentación electrónica SOMI. 8.- Organizar visitas guiadas a diversas preparatorias y entidades de la UNAM como por ejemplo: Preparatoria de la entidad y de UNAM y universidades de la CDMX.
metadata.dc.description.hypothesis:	Si construimos el “ kit de detección de radiación nuclear con manual de anexo con la Física pertenecida” , basado en detectores SiPM (Silicon Photomultipliers) de ultima generación y lo instalamos en escuelas preparatorias contribuiremos a la mejora de la enseñanza aprendizaje de Física y de Matemáticas en el planteles, promoveremos la interacción de investigadores, profesores de carrera y técnicos Académicos de la UNAM e incentivaremos a los estudiantes a participar en experimentos científicos, utilizando un aparato con condiciones semejantes a las que existen en laboratorios modernos de investigación, con el fin de motivar a los estudiantes de nivel medio superior para que elijan estudiar carreras de corte científico.
metadata.dc.description.strategies:	Actividades 1.- Organización de 2 conferencias por año. 2.- Participación de alumnos en Feria de las Ciencias y Congresos 3.- Promoción de alumnos en estancias académicas. 4.- Documentación del proyecto en una página Web. 5.- Interacción de profesores de Preparatorias con investigadores participando en eventos organizados en el Instituto de Ciencias Nucleares. 6.- Recopilación, manejo análisis e interpretación de datos estadísticos. 7.-Visitas guiadas de alumnos a diversas entidades de la UNAM. MARCO TEÓRICO Se denominan rayos cósmicos primarios a las partículas que inciden en la atmósfera terrestre procedentes del espacio,compuestos de protones y partículas alfa y de núcleos más pesados como por ejemplo núcleos de helio, carbón y hierro.Tras interactuar con un núcleo de algún elemento presente en la atmósfera (Nitrógeno u Oxígeno) producen una cascada de partículas compuesta por rayos gama, electrones, muones, neutrinos, hadrones, etc., que son los llamados rayos cósmicos. Se cree que los rayos cósmicos son acelerados en regiones aisladas de las galaxias, incluyendo la nuestra. Al cruzar el espacio interestelar, las partículas cargadas sufren deflexiones en su trayectoria cuando atraviesan regiones donde existen campos magnéticos, por lo que la fuente original de aceleración podría quedar indeterminada. Este efecto disminuye para rayos cósmicos de ultra energía, cuya manifestación se presenta en las coincidencias temporales de chubascos atmosféricos, simples o en ráfagas, que se extienden sobre grandes áreas. Los chubascos atmosféricos se refieren a la cascada de partículas que se producen cuando las partículas cósmicas primarias de alta energía chocan con los núcleos de la estratosfera. Los muones de energía superior a 0.2 GeV constituyen la componente dura de la radiación cósmica secundaria, que es muy penetrante y puede medirse incluso en el interior de las minas más profundas. El resto de los rayos cósmicos secundarios (Fundamentalmente electrones y rayos gama) forman la llamada componente blanda. Arriba de 10^14 eV, las partículas cósmicas primarias son tan raras que su detección se basa en la detección del gigantesco chubasco atmosférico que producen y cuyas componentes sólo pueden ser detectadas por una red de detectores ópticos o de partículas al nivel del suelo. MARCO EXPERIMENTAL Puesto que la radiación ionizante no es perceptible por los sentidos, se usan instrumentos apropiados para detectar su presencia. Los detectores de partículas elementales son sistemas físicos diseñados para: Conocer sus características (energía, momento, dirección de movimiento).Es particularmente importante que el detector permita estudiar cada partícula elemental individualmente. En algunos detectores esto no sucede pues miden la energía total depositada, la cual se debe no a una partícula aislada sino a un Grupo. . Entre las partículas elementales cargadas eléctricamente que se detectan habitualmente están: electrones, positrones, muones, piones cargados, kaones, etc.Esto se debe a su capacidad para ionizar átomos, generar centelleos luminosos y emitir electrones. En los detectores de centelleo se aprovecha el hecho de que la radicación produce pequeños destellos luminosos en ciertos sólidos. Estos detectores tienen algunas ventajas sobre los que se basan en la ionización de un gas. Un sólido, por su mayor densidad, es más eficiente para detener la radiación de un gas. Por lo que la eficiencia de un detector de centello es muy superior a la de uno de gas, especialmente para rayos gamma. En segundo lugar, el proceso de luminiscencia, o sea la absorción de radiación y la posterior emisión de luz, es muy rápido, disminuyendo el tiempo muerto, lapso durante el cual el detector restablece sus condiciones para llevar a cabo la siguiente detección. El material que produce el destello se llama cristal de centelleo y se selecciona para que tenga una alta eficiencia en absorber radiación ionizante y emitir luz. Debe ser transparente para poder trasmitir la luz producida, y debe estar a oscuras para que luz ambiental no le afecte. Con objeto de transformar la pequeña cantidad de luz producida por un cristal de centelleo en una señal eléctrica que se pueda manejar con mayor comodidad, se pone en contacto con un dispositivo llamado SiPM (Silicon Photomultipliers), el cual es un dispositivo de estado sólido sensible basado en diodos de Avalancha. Objetivo General.- Diseñar, fabricar un “ kit de detección de radiación nuclear con manual de anexo con la Física pertenecida” , partiremos de un prototipo de detector de muones por el método de centelleo , basado en detectores SiPM (Silicon Photomultipliers) de ultima generación . En su primera etapa el prototipo se instalará en el laboratorio de detectores para la enseñanza de prácticas avanzadas de laboratorios UNAM. Se busca construir con el kit de detectores con propósitos didácticos para su posterior instalación en las diferentes sedes de la UNAM, formando una red de detectores operados por los estudiantes de los diferentes Preparatorias. El diseño del kit contendrá una parte explicativa tanto del funcionamiento de los detectores de partículas como del tipo de preguntas que se pueden formular acerca de la naturaleza de las partículas que detecta. La propuesta utilizar los avances tecnológicos para invitar a los estudiantes de Preparatorias a que miren la ciencia de una manera amigable y amena. Esta actividad permitirá a los estudiantes, revisar temas incluidos en los planes de estudio de Preparatorias y facultades en Ciencias. De la materia de física, por ejemplo, física de partículas y reflexión de luz. En la materia de astronomía, el estudio del Universo. Mediante el uso del sistema de adquisición de datos del detector, los alumnos encontrarán aplicaciones de la materia de estadística y probabilidad para la interpretación de datos, incluyendo temas de electrónica que aparecen constantemente en los avances tecnológicos. El uso de este aparato propiciará el estudio de temas relacionados como, por ejemplo, el cálculo de la distribución de cuentas por unidad de tiempo, el estudio de la variación en la tasa de coincidencias al cambiar la separación entre las paletas o el ángulo del detector con la vertical, etc.
metadata.dc.description.goals:	Primer año - Se realizo una primera propuesta de un prototipo, debido a su complejidad de diseño y fabricación de las primeras tarjetas electrónicas de prueba se caracterizaron y observo su funcionamiento en alto rendimiento y desempeño. -Se realizó un primer alcance de vinculación con el CONVENIO CON NÚMERO DE FOLIO CONALEP, REGISTRO UNAM: 4700L-327t-30-Xt-L6. -Participación en congreso: En colaboración con el Dr. Jehú López Aparicio se participó en el LXII Congreso Nacional de Física, que se celebró en el Centro Internacional de Vinculación y Enseñanza de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Villahermosa, Tabasco, del 6 al 11 de octubre de 2019. Con el "Diseño y elaboración de una tarjeta de desarrollo basado en un dispositivo programable" con Clave: LXII-1732. Segundo año El kit de detección de radiación nuclear con manual de anexo con la Física pertenecida desarrollado tiene como objetivo de mostrar y utilizar los avances tecnológicos en Física e invitar a los estudiantes de preparatoria a que miren a la ciencia de una manera amigable y amena, mas en especifico la física de partículas. - Diseño y construcción de diseño del kit de detector con electrónica rápida anexa y tarjeta madre con FPGA desarrollado en leguaje de descripción de Hardware para el control de los diferentes periféricos externos de detección. -Diseño y construcción de diseño del kit de detector con electrónica rápida anexa y tarjeta madre con RASPBERRY Pi desarrollado en lenguaje C para el control de los diferente periféricos externos de detección. -Participación en el LXIII Congreso Nacional de Física, que se celebrado del 4 al 9 de octubre del 2020 en la Cd. de Morelia, Michoacán, en el Centro de Convenciones y Exposiciones de Morelia, en su modalidad virtual. Con el proyecto Clave: LXIII-1940: “Desarrollo de un sistema embebido en FPGA para un Detector de Muones”. -Los datos generados por el Kit son graficados mediante su pantalla y monitoreados a través de la aplicación VNC Viewer en Android. La aplicación tiene el potencial de observar la curva plateau del comportamiento de la detección, así como también la interrupción de la energía eléctrica del equipo. - Se realizo el diseño de la página web que comprende una breve introducción del proyecto, un marco teórico, el diseño de hardware- software y la descripción de los módulos de electrónica rápida, así como imágenes ilustrativas de las placas PCB y gráficas con los resultados de la medición de la curva plateau. La página Web despliega los resultados de la estadística, como por ejemplo el cálculo de la distribución de cuentas por unidad de tiempo, el estudio de la variación en la tasa de coincidencias al cambiar la separación entre las paletas o el ángulo del detector con la vertical. - Las actividades que involucran actividades presenciales con estudiantes y profesores fueron pospuesta por la situación actual de la pandemia.
metadata.dc.description.selfAssessment:	El Kit de detección de radiación nuclear con manual de anexo con la Física pertenecida obtuvo un avance considerable pese a los problemas de pandemia de año 2020 y con el ello el cierre del laboratorio de detectores en el instituto de Ciencias Nucleares. 1. A partir de una versión realizada del Kit de radiación nuclear se están desarrollando dos actualizaciones de ensambles de electrónicas rápidas con dos tarjetas madres, una basada en FPGA y la otra en Raspberry Pi. Los beneficiarios directamente son dos estudiantes que están realizando su tesis con un avance del 75% y de cual se finalizaran este periodo 2021-2. 2. Los avances por cada año fueron mostrados en los Congresos Nacionales de Física LXII y LXIII, desde su prototipo hasta su ensamble y funcionamiento analógico y digital; los cuales han sido lentos por la falta de instrumentación físico debido al cierre del laboratorio en el instituto y resueltos vía Home Office. El trabajo realizando consta del diseño CAD (Diseño Asistido por computadora) y CAM (Diseño asistido por manufactura) de tarjetas electrónicas multicapa y piezas mecánicas fabricadas mediante proveedores UNAM. Por otra parte mediante herramientas de simulación, estadística y software de descripción de hardware en VHDL para el dispositivo FPGA y lenguaje de programación C para la tarjeta Raspberry PI. 3.- Otro avance importante, fue la posibilidad de realizar mediciones físicas de Muones (rayos cósmicos) en la Ciudad de México, a pesar de las condiciones de laboratorio requeridas y las cuales no eran accesibles, además de las condiciones de la línea de subestación de corriente alterna de CFE (ya que contiene mucho ruido eléctrico y electrónico variante cada hogar y de la cual nos ajustamos a las condiciones del año 2020). Como conclusión me encuentro satisfecho de haber realizado la ingeniería e investigación para la realización de equipos de medición con fines didácticos y de la cual en un futuro nos servirá de apoyo en cursos en Física de Altas energías.
metadata.dcterms.provenance:	Instituto de Ciencias Nucleares
metadata.dc.subject.DGAPA:	Física detectores de radiación electrónica rayos cosmicos ultracapacitadores
metadata.dc.type:	Proyecto PAPIME
metadata.dc.contributor.coresponsible:	PAIC, O GUY
Aparece en las colecciones:	1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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