Контактные явления в полупроводниках

При контакте двух полупроводников n-типа и p-типа в месте их соприкосновения образуется p-n-переход.

В области p-n-перехода энергетические зоны искривляются, в результате чего возникают потенциальные барьеры как для электронов, так и для дырок.

Используются для изготовления:

•диодов (выпрямление и

преобразование переменных токов);

•транзисторов (усиления напряжения и

мощности).

Б28 2) Термоядерная реакция – это ядерная реакция между легкими атомными ядрами, протекающая при очень высокой температуре (выше 108 К). При этом образуется большое количество энергии в виде нейтронов с высоким энергетическим показателем и фотонов – частиц света. Высокие температуры, а следовательно, и большие энергии ядер, которые сталкиваются, необходимы для преодоления электростатического барьера. Этот барьер обусловлен взаимным отталкиванием ядер (как одноименно заряженных частиц). Иначе они не смогли бы сблизиться на расстояние, достаточное для действия ядерных сил (а это примерно 10-12 см). Скрыть рекламу: Не интересуюсь этой темой Навязчивое и надоело Сомнительного содержания или спам Мешает просмотру контента Спасибо, объявление скрыто. Термоядерная реакция представляет собой процесс образования ядер, которые сильно связаны между собой, из более рыхлых. Почти все подобные реакции относятся к реакциям слияния (синтеза) более легких ядер в тяжелые. Кинетическая энергия, необходимая для преодоления взаимного отталкивания, должна увеличиваться по мере увеличения заряда ядра. Поэтому легче всего проходит синтез легких ядер, обладающих малым электрическим зарядом. В природе термоядерная реакция может протекать лишь в недрах звезд. Для ее осуществления в земных условиях необходимо разогреть вещество одним из возможных способов: ядерным взрывом; бомбардировкой интенсивным пучком частиц; мощным импульсом лазерного излучения или газовым разрядом. Термоядерная реакция, которая идет в недрах звезд, играет архиважную роль в эволюции Вселенной. Во-первых, из водорода в звездах образуются ядра будущих химических элементов, а во-вторых, это энергетический источник звезд.

Б29 2) Атомное ядро

Состав и характеристика атомного ядра.

Ядро простейшего атома - атома водорода - состоит из одной элементарной частицы, называемой протоном. Ядра всех остальных атомов состоят из двух видов элементарных частиц - протонов и нейтронов. Эти частицы носят название нуклонов.

Протон. Протоно (p) обладает зарядом +eи массой

m_p= 938,28 МэВ

Для сравнения укажем, что масса электрона равна

m_e= 0,511 МэВ

Из сопоставления и следует, что m_p= 1836m_e

Протон имеет спин, равный половине (s= ), и собственный магнитный момент

где

- единица магнитного момента, называемая ядерным магнетоном. Из сравнения масс протона и электрона вытекает, что μ_яв 1836 раз меньше магнетона Бора μ_б. Следовательно, собственный магнитный момент протона примерно в 660 раз меньше, чем магнитный момент электрона.

Нейтрон. Нейтрон (n) был открыт в 1932 г. английским физи­ком

Д. Чедвиком. Электрический заряд этой частицы равен нулю, а масса

m_n = 939,57МэВ

очень близка к массе протона. Разность масс нейтрона и протона (m_n –m_p)

составляет 1,3 МэВ, т.е. 2,5 m_e.

Нейтрон обладает спином, равным половине (s= ) и (не­смотря на отсутствие электрического заряда) собственным магнитным моментом

μ_n = - 1,91μ_я

(знак минус указывает на то, что направления собственных механи­ческого и магнитного моментов противоположны). Объяснение этого удивительного факта будет дано позже.

Отметим, что отношение экспериментальных значений μ_pи μ_nс большой степенью точности равно - 3/2. Это было замечено лишь после того, как такое значение было получено теоретически.

В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен) – он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон (e^-) и еще одну частицу, называемую антинейтрино . Период полураспада (т.е. время, за которое распадается половина первоначального количества нейтронов) равен примерно 12 мин. Схе­му распада можно написать следующим образом:

Масса покоя антинейтрино равна нулю. Масса нейтрона больше массы прото­на на 2,5m_e. Следовательно, масса нейтрона превышает суммарную массу частиц, фигурирующих в правой части уравнения на 1,5m_e, т.е. на 0,77 МэВ. Эта энергия выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц.

Характеристики атомного ядра. Одной из важнейших характерис­тик атомного ядра является зарядовое числоZ. Оно равно коли­честву протонов, входящих в состав ядра, и определяет его заряд, который равен +Z_e. ЧислоZопределяет порядковый номер химичес­кого элемента в периодической таблице Менделеева. Поэтому его так­же называют атомным номером ядра.

Число нуклонов (т.е. суммарное число протонов и нейтронов) в ядре обозначается буквой А и называется массовым числом ядра. Число нейтронов в ядре равно N=A–Z.

Для обозначения ядер применяется символ

где под Xподразумевается химический символ данного элемента. Слева вверху ставится массовое число, слева внизу – атомный номер (последний значок часто опускают). Иногда массовое число пишут не слева, а справа от символа химического элемента

Ядра с одинаковым Z, но разными А называются изотопами. Большинство химических элементов имеет по несколько стабильных изотопов. Так, например, у кислорода имеется три стабильных изотопа:

, у олова - десять, и т.д.

Водород имеет три изотопа:

– обычный водород, или протий (Z=1, N=0),

– тяжелый водород, или дейтерий (Z=1, N=1),

– тритий (Z=1, N=2).

Протий и дейтерий стабильны, тритий радиоактивен.

Ядра с одинаковым массовым числом А называются изобарами. В качестве примера можно привести и . Ядра с одинако-­ вым числом нейтроновN = A – Z носят название изотонов (, ).Наконец, существуют радиоактивные ядра с одинаковымиZ и A, отличающиеся периодом полураспада. Они называются изомерами. Напри-­ мер, имеются два изомера ядра , у одного из них период полу­-распада равен 18 мин, у другого – 4,4 часа.

Известно около 1500 ядер, различающихся либо Z, либо А, либо и тем и другим. Примерно 1/5 часть этих ядер устойчивы, осталь­ные радиоактивны. Многие ядра были получены искусственным путем с помощью ядерных реакций.

В природе встречаются элементы с атомным номером Z от1до 92, исключая технеций (Tc, Z = 43) и прометий (Pm, Z = 61). Плутоний (Pu, Z = 94) после получения его искусственным путем был обнаружен в ничтожных количествах в природном минерале – смоляной обманке. Остальные трансурановые (т.е. заурановые) элементы (сZ от 93 до 107) были получены искусственным путем посредством различ­ных ядерных реакций.

Трансурановые элементы кюрий (96 Cm), эйнштейний (99 Es),фермий (100 Fm) и менделевий (101 Md) получили название в честь выдающихся ученыхII. и М. Кюри, А. Эйнштейна, З. Ферми и Д.И. Менделеева. Лоуренсий (103 Lw) назван в честь изобретателя циклотрона Э. Лоуренса. Курчатовий (104 Ku) получил свое название в честь выдающегося физика И.В. Курчатова.

Некоторые трансурановые элементы, в том числе курчатовий и элементы с номерами 106 и 107, были получены в Лаборатории ядерных реак­ций Объединенного института ядерных исследований в Дубне ученым

Н.Н. Флеровым и его сотрудниками.

Размеры ядер. В первом приближении ядро можно считать шаром, радиус которого довольно точно определяется формулой

(ферми – название применяемой в ядерной физике единицы длины, рав­ной

10^-13см). Из формулы следует, что объем ядра пропорцио­нален числу нуклонов в ядре. Таким образом, плотность вещества во всех ядрах примерно одинакова.

Спин ядра. Спины нуклонов складываются в результирующий спин ядра. Спин нуклона равен 1/2. Поэтому квантовое число спина ядра будет полуцелым при нечетном числе нуклонов А и целым или нулем при четном А. Спины ядерJне превышают нескольких единиц. Это указывает на то, что спины большинства нуклонов в ядре взаимно компенсируют друг друга, располагаясь антипараллельно. У всех четно-четных ядер (т.е. ядро с четным числом протонов и четным чис­лом нейтронов) спин равен нулю.

Механический момент ядра M_Jскладывается с моментом электрон­ной оболочки в полный момент импульса атомаM_F, который определяется квантовым числом F.

Взаимодействие магнитных моментов электронов и ядра приводит к тому, что состояния атома, соответствующие различным взаимным ориентациям M_J и (т.е. различнымF), имеют немного отли­чающуюся энергию. Взаимодействием моментов μ_L иμ_Sобусловлива­ется тонкая структура спектров. Взаимодействиемμ_J и определяется сверхтонкая структура атомных спектров. Расщеп­ление спектральных линий, соответствующее сверхтонкой структуре, настолько мало (порядка нескольких сотых ангстрема), что может на­блюдаться лишь с помощью приборов самой высокой разрешающей силы.

Установлено, что ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов. Их называют нуклонами. Протон – это ядро атома водорода. Положительный заряд протона равен модулю заряда электрона.

Нейтрон – нейтральная частица. Массы протона и нейтрона приблизительно одинаковы и равны 1 атомной единице массы.

Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А. число протонов в ядре называется зарядовым числом и обозначается буквой Z. Зарядовое число Z равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.

Ядро любого химического элемента в общем виде обозначается так: ,

где X – символ химического элемента,

N – число нейтронов в ядре,

А – массовое число, равное сумме числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре.

А=Z+N

Химические элементы, ядра которых содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, называются изотопами. Таковыми, например, являются изотопы углерода:

Чем же объясняется устойчивость ядра, если внутри его действуют колоссальные силы кулоновского отталкивания между протонами?

Анализ вопроса указывает на существование в ядре особых ядерных сил обладающих следующими свойствами:

1. Являются только силами притяжения.

2. Много больше кулоновских сил.

3. Обладают свойствами зарядовой независимости.

4. Короткодействующие: действуют на расстоянии до 2 *10^-15 м.

5. Не являются центральными.

Для расщепления ядра на отдельные нуклоны требуется совершить работу по преодолению ядерных сил. Энергию, необходимую для полного разделения ядра на отдельные протоны и нейтроны, называют энергией связи ядра.

Мерой энергии связи атомного ядра является дефект масс (разность между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра):

Дефекту масс соответствует энергия связи:

Для характеристики устойчивости ядра рассматривают удельную энергию связи (энергию связи, приходящуюся на один нуклон):

1. Ядра элементов средней части периодической системы Менделеева с массовым числом имеют максимальную удельную энергию связи.

2. Для ядер с массовым числом удельная энергия плавно убывает.

3. Для ядер с массовым числом A<40 удельная энергия убывает очень быстро.

4. Максимальной энергией связи обладают ядра, у которых число протонов и нейтронов четное, а минимальной – ядра, у которых число протонов и нейтронов нечетное.

5. Легкие ядра обладают тенденцией к слиянию, а тяжелые к разделению.

График зависимости удельной энергии связи:

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: