Electroscopios de Curie-Cheveneau-Laborde

electroscopio de curie cheneveau laborde
  • Nombre: Electroscopios de Curie-Cheneveau-Laborde.
  • Constructor/Marca: Societé Centrale de Produits Chimiques.
  • País: Francia.
  • Datación: 1910
  • Ubicación actual: Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información Leonardo Torres Quevedo (ITEFI).

Descripción

En esta ficha nos vamos a referir a dos electroscopios de similares características (4A002 y 4A003) expuestos en el ITEFI.

C. Cheneveau y A. Laborde diseñaron este electroscopio hacia el año 1908, dos años después de la muerte de Pierre Curie y fue publicado en el  Journal de Physique, 4e série, tome VIII, Mars 1909, páginas 161-174 con el título Appareils pour la Mesure de la Radioactivite, d'Apres la Methode Electroscopique.

Consta de un cuerpo cilíndrico horizontal de acero,  cerrado por vidrios planos conformando una cámara estanca que se puede desecar por medio de un bulbo con sodio o con anhídrido fosfórico; las paredes de vidrio de la cámara están recubiertas de una rejilla de cobre, a modo de jaula de Faraday y todo el conjunto se conecta a tierra.

Las partes más  importantes son:

Esquema electroscopio de curie-cheneveau-laborde

El electroscopio propiamente dicho, formado por el  soporte y la lámina (L) de aluminio u oro, unida por un soporte conductor al pasamuros (P), que lo conduce al electrodo de alta tensión de la cámara de ionización.

Para cargar electroscopio se utiliza una pieza (D) desplazable. Es una de las innovaciones que presenta este electroscopio,  ya que esta pieza puede ponerse en contacto con el electroscopio para transferirle carga para comenzar la medida, o retraerse a su posición de reposo, en contacto con la carcasa cilíndrica que se encuentra conectada a tierra. De esta manera pasa a formar parte de la pared y no influye en las medidas.

En la parte opuesta del cilindro que forma el cuerpo del electrómetro se encuentra un dispositivo formado por otro eje desplazable, unido a una placa (P) de las mismas dimensiones que el soporte de la lámina electrométrica. Este dispositivo, que no se encuentra aislado de la carcasa sino que se desplaza por un tubo soldado directamente al cilindro exterior, se utiliza para proteger la lámina móvil durante el transporte y como límite del ángulo de desplazamiento de dicha lámina, de manera que no se desprenda ni se doble si se somete a una carga demasiado elevada.

El electrómetro funciona con un microscopio dotado de escala milimétrica para determinar la posición de la lámina electrométrica y la velocidad de desplazamiento durante la descarga.

El electroscopio puede conectarse a diversos tipos de cámaras de ionización, de las que disponemos de una para elementos sólidos (4A003) y otra para gases radioactivos.
Como es evidente, antes de utilizar el instrumento debe procederse a una descontaminación y una limpieza profundas. Esto se realiza utilizando una bomba de vacío o trompa de agua para aspirar cualquier residuo de polvo radiactivo, los medios de limpieza con jabones o detergentes fácilmente solubles en agua, aclarados abundantes con agua seguidos por limpiezas con alcohol etílico del 99.9 % (sobre todo en las regiones de los pasamuros) y, para terminar, aclarados múltiples con agua destilada y desionizada.

De acuerdo con sus diseñadores el electroscopio se carga por medio de una fuente de unos 300 a 500 voltios, lo que produce un desplazamiento de la lámina de unos 30⁰ a 45⁰, aunque se puede utilizar igualmente una varilla de vidrio frotada con papel seco. Para ello se desplaza el pasamuros móvil hasta que se pone en contacto con el soporte de la lámina. Se realiza la carga y con la misma varilla se retrae la pieza hasta su posición de reposo, lo que la conecta a tierra, pero deja la lámina separada del soporte, con el que forma el ángulo indicado.

En este tipo de electrómetros la capacidad es de unos 15 picofaradios, y con una tensión de 500 voltios adquieren una carga de  [1,5·10-11 faradios X 5·102 voltios]
7,5·10-9 culombios.

Proceso de medida:

La primera medida que se debe realizar con el electrómetro es la de determinar su corriente de fuga. Para ello se carga de la forma que hemos indicado y se cuenta el tiempo que tarda la lámina en desplazarse un ángulo de 1 grado hacia su posición vertical de reposo, mediante un cronómetro.
Con este electrómetro el tiempo de descarga es de unas veinte horas por grado, lo que corresponde a 20·3600 segundos =72.000 segundos.

La descarga de 7,5·10-9 / 30 culombios en 72.000 segundos equivale a una corriente de fuga de 7,5·10-9 culombios / 30 grados = 2,5·10-10 culombios.

Como los 2,5·10-10 Culombios  tardan  7,2·103 segundos, la corriente de fuga es de
 2,5·10-10 Culombios / 7.2·103 segundos = 3,5·10-14 amperios, lo que equivale a unas 10 veces más de lo que en la actualidad puede medirse sin multiplicadores de electrones. Con una corriente de fuga se pueden medir corrientes diez veces más altas con un error suficientemente bajo.

Una vez determinada la corriente de descarga por fugas eléctricas (3,5·10-14 amperios en las mejores condiciones de limpieza), se procede a calibrar el aparato. En la época en la que se utilizaba este instrumento la operación se realizaba introduciendo en la cámara de ionización una placa circular de acero recubierto por óxido de uranio, lo que produce una cantidad fija de radiación.

Repetimos la medida de la velocidad de descarga, esta vez con el patrón de óxido de uranio, y anotamos la corriente producida.
A continuación extraemos la plancha de calibrado e introducimos una cantidad de material radioactivo pulverizado de la muestra cuya actividad deseamos determinar. La masa de este material se debe determinar con gran precisión por medio de una balanza, utilizándose el mismo platillo para introducirlo en la cámara de ionización.
Es muy importante que no caiga sustancia radioactiva en la cámara, ya que la contaminaría, a veces de forma permanente.

Volvemos a determinar la corriente de ionización por medio de la medida de la velocidad de desplazamiento de la lámina del electrómetro y la comparamos con la corriente producida por la placa de calibración, obteniendo así la actividad de la muestra.

De acuerdo con los diseñadores del instrumento, la capacidad varía entre 15 y 17 picofaradios, cada división de la escala micrométrica del microscopio equivale a 0,4 voltios y la lámina tarda unas dos o tres horas en recorrerla. La corriente de fuga del instrumento es de 2·10-14 amperios (0.0013 voltios por segundo). Los desplazamientos normales en las medidas son del orden de 0,1 voltios por segundo, lo que corresponde a 2·10-13 amperios.

Museo Virtual de la Ciencia del CSIC. Aparatos e Instrumentos Científicos del CSIC. Electroscopios de Curie-Cheneveau-Laborde.
Autores de la Ficha: J.M. López Sancho / Esteban Moreno Gómez
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