Dezintegrarea alfa
Capitolul 2 Aplicaii ale curentului tunel
Dezintegrarea alfa
Particulele alfa(notate cu literagreceasc) constau din
doiprotoni i doineutronilegai ntre ei ntr-o particul identic cu un
nucleu deheliu; deci, se poate scrie ca He2+sau42He. Sunt o form de
radiaie ionizant, cu penetrare restrns. Masa particulei alfa este
de 6.6446561027kg, echivalent cu o energie de 3.72738G
HYPERLINK "http://ro.wikipedia.org/wiki/Electron_volt" \o
"Electron volt" eV. Sarcina electric a unei particule alfa este de
+2e, unde e este sarcina electronului,
e=1.602176462x1019C.Particulele alfa sunt emise de
nucleiradioactivicum ar fi cei deuraniusauradiuntr-un proces
numitdezintegrare alfa. Aceasta las uneori nucleul ntr-o stare
excitat, cu emisia uneiraze gammacare elibereazenergian exces. Spre
deosebire dedezintegrarea beta, dezintegrarea alfa este mijlocit de
fora nuclear tare. De obicei, particulele alfa nu au suficient
energie s scape de potenialul nucleului. Totui, prinefect tunel,
ele pot prsi zona nucleului.
Cnd este emis o particul alfa,masa atomica unui element scade cu
aproximativ 4.0015u, datorit pierderii a 2neutroni i 2
protoni.numrul atomical atomului scade cu 2, ca rezultat a
pierderii a 2 protoni; atomul devine un nou element. De exemplu,
prin dezintegrare alfa, radiul se transform nradon.
Energia particulelor alfa variaz, particulele de energie mare
fiind emise de nucleele mai mari, dar majoritatea particulelor alfa
au energii ntre 3 i 7 MeV. Aceasta este o cantitate substanial de
energie pentru o singur particul, dar datorit masei lor mari,
particulele alfa au vitez sczut (cu o energie cinetic tipic de 5
MeV, viteza este de 15.000km/s), mai sczut dect orice alt tip comun
de radiaie (particulele ,razele , etc). Datorit sarcinii i masei
mari, particulele alfa sunt uor absorbite de materiale i pot cltori
doar civa centimetri n aer. Pot fi absorbii de o foaie de hrtie sau
de straturile exterioare ale pielii umane (aproximativ
40micrometri, la o adncime de cteva celule) i n general nu sunt
periculoase pentru organismele vii, dac sursa nu este inhalat sau
nghiit. Datorit masei mari i absorbiei puternice, ns, dac radiaiile
alfa ajung s intre n organism (cel mai adesea la inhalarea sau
nghiirea de material radioactiv), este cea mai distrugtoare form
deradiaie onizant. Este cea mai puternic ionizant, i n doze
suficient de mari pot cauza toate simptomele iradierii. Se estimeaz
c distrugereacromozomilordatorat particulelor alfa este de
aproximativ 100 de ori mai mare dect cea cauzat de o doz echivalent
de altfel de radiaie.Emitorul alfapoloniu-210este suspectat a juca
un rol important n mbolnvirile decancer pulmonar ivezicularcauzate
defumat.Dioda tuneln 1958 japonezul Esaki a studiat jonciunile pn
formate din semiconductori cu concentraii foarte mari ale
impuritilor i a constatat o poriune anormal (cu pant negativ) a
caracteristicii curent tensiune .Diodele tunel au concentraii mari
de impuriti att n zona p ct i n zona n (jonciune de tip p+n+). De
aceea, regiunea de trecere este foarte ngust n raport cu diodele
obinuite. La polarizare direct caracteristica curent - tensiune are
forma literei N i posed o zon p-v de rezisten negativ de valoarea
zecilor de ohmi. La polarizare invers dioda tunel nu are regim de
saturaie, ci are o rezisten intern foarte mic. De aceea o inversare
a tensiunii pe dioda tunel poate duce la distrugerea acesteia.
Diodele tunel au o vitez de comutare foarte mare.
Fig.2.2 Caracteristica curent tensiune a diodei tunel
Pentru o bun funcionare este de dorit ca raportul dintre
curentul maxim i curentul minim s fie ct mai mare. Dac se folosete
ca material semiconductor, arseniura de galiu acest raport depete
valoare 15.Dioda tunel lucreaz la puteri mici de ordinul wailor.
Caracteristica diodei nu depinde de variaiile de temperatur de
aceea ea poate lucra la frecvene foarte nalte de ordinul 104
MHz.
Parametrii diodei tunel sunt:
Punctul de vale corespunztor curentului Iv i tensiunii Uv;
Punctul de vrf corespunztor curentului Ip i tensiunii Up.
Aceast diod este folosit la realizarea urmtoarelor circuite:
amplificatoare de frecvene foarte nalte;
oscilatoare de frecvene foarte nalte;
circuite basculante monostabile, bistabile i astabile.
Dezavantajul diodei tunel este c are numai dou borne i deci nu
se poate face separarea ntre circuitul de intrare i cel de ieire.
Microscopul tunel cu baleiaj n acest caz este utilizat curentul
tunel , care apare ntre un vrf ascuit (raza de curbur a vrfului
metalic < 1 nm ) i proba de analizat , microscopul tunel are o
rezoluie la nivel atomic . Pentru a obine imaginea pe o arie extins
a suprafeei , vrful este baleiat de-a lungul direciei x i y cu
ajutorul unui motor piezoelectric (baleierea vrfului este similar
cu cea a unui fascicul de electroni ntr-un televizor) .
n fig.2.4 este artat imaginea atomic a suprafeei unei probe de
Au obinut cu ajutorul microscopului tunel .
Fig.2.3 Schema de principiu a microscopului tunel (Scanning
Tunneling Microscope STM) . n inset este prezentat la scar atomic
vrful i regiunea probei unde are loc tunelarea
Fig.2.1. Radiaiile alfa constau din nuclei de heliu-4 care sunt
uor oprite de o foaie de hrtie .
Radiaiile beta , care constau din electroni , sunt oprite de o
plac de aluminiu .
Radiaiile gamma sunt absorbite cnd ptrund ntr-un material dens
.
Fig.2.4 Imaginea suprafeei a unui monocristal de Au
PAGE 14
