Атомное ядро. Энергия связи и дефект массы ядра. Радиоактивное излучение и его виды. Закон радиоактивного распада.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Ядра атомов состоят из двух видов элементарных частиц-протонов и нейтронов ( эти частицы нуклоны). Протон-ядро атома водорода. Нейтрон - необладающая зарядом частица. Количество протонов определяет заряд ядра. Число нуклонов называется массовым числом. Существуют изотопы ( число протонов одинаковое), изобары(одинаковое массовое число), изотоны ( одинаковое число нейтронов), изомеры.

Энергия связи - называют энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на свободные нуклоны.

Деффект масс - разность между численным значением массы атома и массовым числом.

Радиоактивное излучение способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность подразделяется на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций).

Радиоактивное излучение бывает трех типов

a-Излучение. a-Излучение представляет собой поток ядер гелия;

b-Излучение представляет собой поток быстрых электронов

g-Излучение g-Излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны l < 10^{- 10} м и вследствие этого - ярко выраженными корпускулярными свойствами, т. е. является потоком частиц -g-квантов (фотонов).

закон радиоактивного распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону.

l постоянной радиоактивного распада

N₀ - начальное число нераспавшихся ядер

25. Контакт электронного и дырочного полупроводников

Граница соприкосновения двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой - дырочную проводимость, называется электронно-дырочным переходом (или p-n-нереходом).

Эти переходы имеют большое практическое значение, являясь основой работы многих полупроводниковых приборов.p-n-Переход нельзя осуществить просто механическим соединением двух полупроводников. Обычно области раз личной проводимости создают либо при выращивании кристаллов, либо при соответствующей обработке кристаллов. p-n-переход обладает односторонней (вентильной) проводимостью.

Односторонняя проводимость контактов двух полупроводников (или металла с полупроводником) используется для выпрямления в преобразования переменных токов. Если имеется один электронно-дырочный переход, то его действие аналогично действию двухэлепродной лампы – диода.Поэтому полупроводниковое устройство, содержащее одни р-n-_:переход, называется полупроводниковым (красталлическим) диодом. Полупроводниковые диоды по конструкции делятся на точечныеи плоскостные.

24 . Собственная и примесная проводимость полупроводников

Полупроводниками являются твердые тела, которые при Т =0 характеризуются полностью занятой электронами валентной зоной

Собственными полупроводниками являются химически чистые полупроводники, а их проводимость называется собственной проводимостью. Примером собственных полупроводников могут служить химически чистые Ge, Se, а также многие химические соединения: InSb, GaAs, CdS и др. При 0 К и отсутствии других внешних факторов собственные полупроводники ведут себя как диэлектрики. Проводимость собственных полупроводников, обусловленная квазичастицами - дырками, называется дырочной проводимостью или проводимостью р-типа. Проводимость полупроводников всегда является возбужденной, т. е. появляется только под действием внешних факторов (температуры, облучения, сильных электрических полей и т. д.).Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники - примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепло выми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т. д.) дефектами. В отличие от собственной проводимости, осуществляющейся одновременно электронами и дырками, примесная проводимость полупроводников обусловлена в основном носителями одного знака: электронами - в случае донорной примеси, дырками - в случае акцепторной.

23. Металлы, полупроводники и диэлектрики на основании зонной теории.

Зонная теория твердых тел позволила с единой точки зрения истолковать существование металлов, диэлектриков и полупроводников, объясняя различие в их электрических свойствах, во-первых, неодинаковым заполнением электронами разрешенных зон и, во-вторых, шириной запрещенных зон.

Степень заполнения электронами энергетических уровней в зоне определяется заполнением соответствующих атомных уровней. Если при этом какой-то энергетический уровень полностью заполнен, то образующаяся энергетическая зона также заполнена целиком. В общем случае можно говорить о валентной зоне, которая полностью заполнена электронами и образована из энергетических уровней внутренних электронов свободных атомов, и о зове проводимости (свободной зоне), которая либо частично заполнена электронами, либо свободна и образована из энергетических уровней внешних «коллективизированных» электронов изолированных атомов.

Различие между металлами и диэлектриками с точки зрения зонной теории состоит в том, что при 0 К в зоне проводимости металлов имеются электроны, а в зоне проводимости диэлектриков они отсутствуют. Различие же между диэлектриками и полупроводниками определяется шириной запрещенных зон: для диэлектриков она довольно широка (например, для NaCl  Е = 6 эВ), для полупроводников - достаточно узка (например, для германия  E = 0, 72 эВ). При температурах, близких к 0 К, полупроводники ведут себя как диэлектрики, так как переброса электронов в зону проводимости не происходит. С повышением температуры у полупроводников растет число электронов, которые вследствие теплового возбуждения переходят в зону проводимости, т. е. электрическая проводимость проводников в этом случае увеличивается.

22. Поглощение света

Поглощением (абсорбцией) света называется явление потери энергии световой волной, проходящей через вещество. Свет поглощается в тех случаях, когда проходящая волна затрачивает энергию на различные процессы. Среди них: преобразование энергии волны во внутреннюю энергию – при нагревании вещества; затраты энергии на вторичное излучение в другом диапазоне частот (фотолюминесценция); затраты энергии на ионизацию – при фотохимических реакциях и т.п. При поглощении света колебания затухают и амплитуда электрической составляющей уменьшается по мере распространения волны.

- это закон Бугера (интенсивность света убывает в поглощающем веществе экспоненцально.

x-коэффициент поглощения, I₀-интенсивность на входе.

Спонтанное(самопроизвольное) – когда Атом может самопроизвольно перейти c высшего энергетического состояния E_n в низшее E_m с излучением фотона

Вынужденное - Если на атом, находящийся в возбужденном состоянии Е_n, действует внешнее излучение с частотой ν, удовлетворяющей условию hν =Е_n-Е_m, то возникает вынужденный (индуцированный) переход в состояние m с излучением фотона той же энергии hν = Е_n - Е_m

Лазер - устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей.

Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентенфотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света.

Рентгеновское излучение

невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка 10-8 см. между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением.

Рентгеновское излучение возникает при взаимодействии электронов, движущихся с большими скоростями, с веществом. Когда электроны соударяются с атомами какого-либо вещества, они быстро теряют свою кинетическую энергию. При этом большая ее часть переходит в тепло, а небольшая доля, обычно менее 1%, преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Эта энергия высвобождается в форме квантов - частиц, называемых фотонами, которые обладают энергией, но масса покоя которых равна нулю. Рентгеновские фотоны различаются своей энергией, обратно пропорциональной их длине волны. При обычном способе получения рентгеновского излучения получают широкий диапазон длин волн, который называют рентгеновским спектром.

Чтобы получать рентгеновское излучение за счет взаимодействия электронов с веществом, нужно иметь источник электронов, средства их ускорения до больших скоростей и мишень, способную выдерживать электронную бомбардировку и давать рентгеновское излучение нужной интенсивности. Устройство, в котором все это есть, называется рентгеновской трубкой.

20.Атом в квантовой механике

Потенциальная энергия взаимодействия электрона с ядром, обладающим зарядом Ze (для атома водорода Z = 1), r-расстояние между ядром и электроном.

Состояние электрона в атоме водорода описывается волновой функцией Ψ , удовлетворяющей стационарному уравнению Шредингера

где т — масса электрона, Е — полная энергия электрона в атоме

Главное квантовое число n , согласно определяет энергетические уровни электрона в атоме и может принимать любые целочисленные значения начиная с единицы:

l-азимутальное квантовое число (определяет величину момента импульса электрона в атоме(n-1)), m_l-магнитное квантовое число (величину проекции этого момента на заданное направление в протранстве(=-l)). Спиновое m_s (+-1/2)

Принцип Паули

В одном и том же состоянии не могут находиться одновременно два электрона.

19. Волновая функция

Состояние микрочастицы описывается в квантовой механике волновой функцией (Ψ ). Она является функцией координат и времени.

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒